JP2015510115A - Laser tracker shared with a 6-DOF probe having a separable spherical reflector - Google Patents

Laser tracker shared with a 6-DOF probe having a separable spherical reflector Download PDF

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Abstract

プローブ中心の三次元座標の測定方法は、鋼球一体加工レトロリフレクタを提供するステップと、プローブアセンブリを提供するステップと、方位センサを提供するステップと、座標測定装置を提供するステップと、鋼球一体加工レトロリフレクタをプローブヘッドに設置するステップと、第一の光ビームを座標測定装置から鋼球一体加工レトロリフレクタへと案内するステップと、第一の距離を測定するステップと、第一の回転角度を測定するステップと、第二の回転角度を測定するステップと、少なくとも一部に、方位センサにより提供された情報に基づいて3方位自由度測定を行うステップと、少なくとも部分的に第一の距離、第一の回転角度、第二の回転角度、三次元自由度に基づいて、プローブ中心の三次元座標を計算するステップと、プローブ中心の三次元座標を保存するステップと、を含む。A method for measuring a three-dimensional coordinate of a probe center includes a step of providing a steel ball integrated retroreflector, a step of providing a probe assembly, a step of providing an orientation sensor, a step of providing a coordinate measuring device, Installing a monolithic retroreflector on the probe head; guiding a first light beam from the coordinate measuring device to the steel ball monolithic retroreflector; measuring a first distance; and a first rotation. Measuring an angle; measuring a second rotation angle; performing at least in part a three-azimuth degree of freedom measurement based on information provided by an orientation sensor; and at least partially first A step that calculates the 3D coordinates of the probe center based on the distance, the first rotation angle, the second rotation angle, and the 3D degrees of freedom. If, comprising the steps of storing the three-dimensional coordinates of the probe center, the.

Description

関連出願の相互参照
本願は、2012年1月30日出願の米国仮特許出願第61/592,049号の利益を主張するものであり、その内容を参照によって本願に援用する。本願はまた、2011年3月3日出願の米国仮特許出願第61/448,823号の利益を主張する2012年2月29日出願の米国特許出願第13/407,983号の利益も主張するものであり、それらの内容を参照によって本願に援用する。米国特許出願第13/407,983号はまた、2011年2月14日出願の米国仮特許出願第61/442,452号の利益を主張する、2012年2月10日出願の米国特許出願第13/370,339号の利益も主張するものであり、それらの内容を参照によって本願に援用する。米国特許出願第13/407,983号はまた、2011年4月15日出願の米国仮特許出願第61/475,703号および2012年1月30日出願の米国仮特許出願第61/592,049号の利益も主張するものであり、それらの内容を参照によって本願に援用する。
This application claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 61 / 592,049, filed Jan. 30, 2012, the contents of which are hereby incorporated by reference. This application also claims the benefit of US Patent Application No. 13 / 407,983, filed February 29, 2012, which claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 61 / 448,823, filed March 3, 2011. The contents of which are incorporated herein by reference. U.S. Patent Application No. 13 / 407,983 also claims U.S. Patent Application No. 61 / 442,452, filed Feb. 14, 2011, which claims the benefit of U.S. Provisional Patent Application No. 61 / 442,452. The benefit of 13 / 370,339 is also claimed, the contents of which are incorporated herein by reference. U.S. Patent Application No. 13 / 407,983 is also incorporated in U.S. Provisional Patent Application No. 61 / 475,703 filed April 15, 2011 and U.S. Provisional Patent Application No. 61/592, filed January 30, 2012. The benefit of No. 049 is also claimed, the contents of which are incorporated herein by reference.

本願は座標測定装置に関する。1種の座標測定装置は、ある地点の三次元(3D)座標を、その地点にレーザビームを送ることによって測定する機器の分類に属する。レーザビームは、その地点に直接衝突しても、またはその地点と接触するレトロリフレクタターゲットに衝突してもよい。いずれの場合も、この機器はターゲットまでの距離と2つの角度を測定することによって、その地点の座標を判定する。距離は、絶対距離計または干渉計等の距離測定装置で測定される。角度は、角度エンコーダ等の角度測定装置で測定される。機器内のジンバル式ビームステアリング機構が、レーザビームを関心対象地点へと案内する。   The present application relates to a coordinate measuring apparatus. One type of coordinate measuring device belongs to the category of equipment that measures the three-dimensional (3D) coordinates of a point by sending a laser beam to that point. The laser beam may collide directly with the point, or impinge on a retro-reflector target that contacts the point. In either case, the instrument determines the coordinates of the point by measuring the distance to the target and two angles. The distance is measured by a distance measuring device such as an absolute distance meter or an interferometer. The angle is measured by an angle measuring device such as an angle encoder. A gimbal beam steering mechanism in the instrument guides the laser beam to the point of interest.

レーザトラッカは、それが発生する1つまたは複数のレーザビームでレトロリフレクタを追跡する、ある特定の種類の座標測定装置である。レーザトラッカと密接に関係する座標測定装置は、レーザスキャナとトータルステーションである。レーザスキャナは、1つまたは複数のレーザビームをある表面上の地点に段階式に照射する。そして、その表面からの散乱光をピックアップし、この光から各地点までの距離と2つの角度を判定する。トータルステーションは、測量用に使用されることが最も多いが、拡散的に散乱する、または回帰反射性のターゲットの座標の測定にも使用できる。以下、レーザトラッカという用語は、レーザスキャナとトータルステーションを含む広い意味で使用される。   A laser tracker is a specific type of coordinate measuring device that tracks a retro-reflector with one or more laser beams it generates. Coordinate measuring devices closely related to the laser tracker are a laser scanner and a total station. Laser scanners irradiate a point on a surface with one or more laser beams in a stepwise fashion. Then, the scattered light from the surface is picked up, and the distance from this light to each point and two angles are determined. Total stations are most often used for surveying, but can also be used to measure the coordinates of diffusely scattered or retroreflective targets. Hereinafter, the term laser tracker is used in a broad sense including a laser scanner and a total station.

通常、レーザトラッカはレーザビームをレトロリフレクタターゲットに送る。一般的な種類のレトロリフレクタターゲットは、鋼球一体加工レトロリフレクタ(spherically mounted retroreflctor(SMR))であり、これは金属球の中に埋め込まれたコーナキューブレトロリフレクタを含む。コーナキューブレトロリフレクタは、相互に垂直な3つの鏡を含む。3つの鏡の共通の交差点である頂点が、球の中心に位置する。球内にコーナキューブをこのように位置付けることによって、SMRが回転しても、頂点からSMRが載っている面までの垂直方向の距離は一定のままである。その結果、レーザトラッカはある表面の3D座標を、SMRがその表面上で移動する間にその位置に追従することによって測定できる。これを言い換えれば、レーザトラッカは3自由度(1つの半径方向の距離と2つの角度)の測定だけを行えば、ある表面の3D座標を十分に特徴付けることができる。   Usually, a laser tracker sends a laser beam to a retro-reflector target. A common type of retroreflector target is a spherically mounted retroreflector (SMR), which includes a corner cube retroreflector embedded in a metal sphere. The corner cube retro reflector includes three mirrors that are perpendicular to each other. The vertex that is the common intersection of the three mirrors is located at the center of the sphere. By positioning the corner cube in this way in the sphere, the vertical distance from the apex to the surface on which the SMR rests remains constant even when the SMR rotates. As a result, the laser tracker can measure the 3D coordinates of a surface by following its position as the SMR moves on the surface. In other words, a laser tracker can fully characterize the 3D coordinates of a surface if it only measures three degrees of freedom (one radial distance and two angles).

1種のレーザトラッカは、干渉計(IFM)だけを搭載し、絶対距離計(ADM)を持たない。ある物体がこれらのトラッカのうちの1つからのレーザビームの経路をブロックすると、IFMはその距離基準を失う。すると、オペレータはレトロリフレクタを既知の位置まで追跡することによって基準距離にリセットしてから測定を継続しなければならない。この制約を回避する方法は、ADMをトラッカの中に入れることである。ADMはポイントアンドシュート式に距離を測定でき、これについては後でより詳しく説明する。レーザトラッカの中には、干渉計がなく、ADMしか含まないものがある。その内容を参照によって本願に援用するBridgesらの米国特許第7,352,446号(以下、「‘446号特許」という)は、移動するターゲットの正確な走査が可能な、ADMのみを有する(IFMを持たない)レーザトラッカを開示している。’446号特許以前は、絶対距離計では応答速度が遅く、移動するターゲットの位置を正確に見つけることができなかった。   One type of laser tracker has only an interferometer (IFM) and no absolute distance meter (ADM). If an object blocks the path of the laser beam from one of these trackers, the IFM loses its distance criteria. The operator must then reset the reference distance by tracking the retroreflector to a known position before continuing the measurement. A way to circumvent this restriction is to put the ADM in a tracker. ADM can measure distance in a point-and-shoot manner, which will be described in more detail later. Some laser trackers do not have an interferometer and contain only ADMs. US Patent No. 7,352,446 to Bridges et al. (Hereinafter "the '446 patent"), the contents of which are incorporated herein by reference, has only an ADM capable of accurately scanning a moving target ( A laser tracker that does not have an IFM is disclosed. Prior to the '446 patent, the absolute rangefinder had a slow response speed and could not accurately locate the moving target.

レーザトラッカ内のジンバル機構を使って、レーザビームをトラッカからSMRに案内することができる。SMRにより回帰反射された光の一部がレーザトラッカに入り、位置検出器へと通貨する。レーザトラッカ内の制御システムは、位置検出器上の光の位置を利用してレーザトラッカの機械軸の回転角度を調節することにより、レーザビームをSMRの中心に保持できる。このようにして、トラッカは関心対象の物体の表面上を移動するSMRに追従(これを追跡)することができる。レーザトラッカに使用されるジンバル機構は、他の様々な用途に使用してもよい。単純な例として、レーザトラッカは、可視ポインタビームを有するが距離計を持たないジンバルステアリング装置の中で使用して、光ビームを一連のレトロリフレクタターゲットへと誘導し、ターゲットの各々の角度を測定してもよい。   A gimbal mechanism in the laser tracker can be used to guide the laser beam from the tracker to the SMR. Part of the light that is retro-reflected by the SMR enters the laser tracker and currency to the position detector. The control system in the laser tracker can maintain the laser beam at the center of the SMR by adjusting the rotation angle of the mechanical axis of the laser tracker using the position of the light on the position detector. In this way, the tracker can follow (track) the SMR moving on the surface of the object of interest. The gimbal mechanism used in the laser tracker may be used for various other applications. As a simple example, a laser tracker is used in a gimbal steering system with a visible pointer beam but no rangefinder to guide the light beam to a series of retro-reflector targets and measure the angle of each of the targets May be.

角度エンコーダ等の角度測定装置がトラッカの機械軸に取り付けられる。レーザトラッカによって行われる1つの距離測定と2つの角度測定は、SMRの三次元位置を完全に特定するのに十分である。   An angle measuring device such as an angle encoder is attached to the mechanical shaft of the tracker. One distance measurement and two angle measurements made by the laser tracker are sufficient to fully identify the three-dimensional position of the SMR.

通常の3自由度ではなく、6自由度測定のためのいくつかのレーザトラッカが入手可能であるか、これまでに提案されている。例示的な6自由度(6−degree−of−freedom(6−DOF))システムは、その内容を参照によって本願に援用するBridgesらの米国特許第7,800,758号(以下、「‘758号特許」という)と、その内容を参照によって本願に援用するBridgesらの米国特許出願公開第2010/0128259号に記載されている。   Several laser trackers are available or have been proposed so far for measuring 6 degrees of freedom rather than the usual 3 degrees of freedom. An exemplary 6-degree-of-freedom (6-DOF) system is disclosed in US Pat. No. 7,800,758 to Bridges et al. (Hereinafter “'758”), the contents of which are incorporated herein by reference. No. Patent No. 2010/0128259 by Bridges et al., The contents of which are incorporated herein by reference.

米国特許第7,352,446号US Pat. No. 7,352,446 米国特許第7,800,758号US Patent No. 7,800,758 米国特許出願公開第2010/0128259号US Patent Application Publication No. 2010/0128259

過去において、6−DOFプローブとSMRは比較的高価な別々のアクセサリであった。必要とされるのは、比較的安価で、SMRと6−DOFプローブの機能性を複合させたアクセサリである。   In the past, the 6-DOF probe and SMR were separate accessories that were relatively expensive. What is needed is an accessory that is relatively inexpensive and combines the functionality of SMR and 6-DOF probes.

プローブ中心の三次元座標を測定する方法は、鋼球一体加工レトロリフレクタを提供するステップを含み、鋼球一体加工レトロリフレクタは、レトロリフレクタ本体に取り付けられたレトロリフレクタを含み、レトロリフレクタ本体が、その外面の第一の部分に第一の球状体を有し、第一の部分はターゲット中心を有し、レトロリフレクタは、第一の光ビームを受け取って第二の光ビームを返すように構成され、第二の光ビームは第一の光ビームの一部であり、第二の光ビームは第一の光ビームの方向と実質的に反対の方向に進む。この方法はまた、プローブアセンブリを提供するステップを含み、プローブアセンブリはプローブスタイラスと、プローブヘッドと、を含み、プローブスタイラスはプローブ先端を含み、プローブ先端はその表面の第二の部分に第二の球状体を有し、第二の部分はプローブ中心を有し、プローブヘッドは、鋼球一体加工レトロリフレクタを受け、鋼球一体加工レトロリフレクタがターゲット中心の周囲で回転できるようにし、その間、ターゲット中心をプローブアセンブリに関して実質的に一定の位置に保つように構成される。方法は、方位センサを提供するステップであって、方位センサがプローブアセンブリの3方位自由度測定を行うように構成されているようなステップと、座標測定装置を提供するステップと、をさらに含み、座標測定装置は第一のモータと、第二のモータと、第一の角度測定装置と、第二の角度測定装置と、距離計と、位置検出器と、制御システムと、プロセッサと、含み、第一のモータと第二のモータは協働で第一の光ビームを第一の方向に案内するように構成され、第一の方向は第一の軸の周囲での第一の回転角度と第二の軸の周囲での第二の回転角度により決定され、第一の回転角度は第一のモータによって生成され、第二の回転角度は第二のモータによって生成され、第一の角度測定装置は第一の回転角度を測定するように構成され、第二の角度測定装置は第二の回転角度を測定するように構成され、距離計は、座標測定装置から鋼球一体加工レトロリフレクタまでの第一の距離を、少なくとも一部に、第一の光検出器が受け取った第二の光ビームの第三の部分に基づいて測定するように構成され、位置検出器は、位置検出器上の第二の光ビームの第四の部分の位置に応答して第一の信号を生成するように構成され、制御システムは、第一のモータに第二の信号を、および第二のモータに第三の信号を送信するように構成され、第二の信号と第三の信号は、少なくとも一部に、第一の信号に基づいており、制御システムは、第一の光ビームの第一の方向を、鋼球一体加工レトロリフレクタの空間内の位置に合わせて調節するように構成され、プロセッサは、プローブ中心の三次元座標を判定するように構成され、三次元座標は、少なくとも一部に、第一の距離、第一の回転角度、第二の回転角度、3方位自由度に基づく。方法はまた、鋼球一体加工レトロリフレクタをプローブヘッドに設置するステップと、第一の光ビームを座標測定装置から鋼球一体加工レトロリフレクタへと案内するステップと、第一の距離を測定するステップと、第一の回転角度を測定するステップと、第二の回転角度を測定するステップと、3方位自由度測定を、少なくとも一部に、方位センサにより供給される情報に基づいて行うステップと、プローブ中心の三次元座標を、少なくとも一部に、第一の距離、第一の回転角度、第二の回転角度、3方位自由度に基づいて計算するステップと、プローブ中心の三次元座標を保存するステップと、を含む。   A method for measuring three-dimensional coordinates of a probe center includes providing a steel ball integrated retroreflector, the steel ball integrated retroreflector including a retro reflector attached to the retroreflector body, wherein the retroreflector body is The first portion of the outer surface has a first sphere, the first portion has a target center, and the retroreflector is configured to receive the first light beam and return the second light beam. The second light beam is part of the first light beam, and the second light beam travels in a direction substantially opposite to the direction of the first light beam. The method also includes providing a probe assembly, the probe assembly including a probe stylus and a probe head, the probe stylus including a probe tip, and the probe tip is a second portion of the surface thereof. The second part has a probe center, the probe head receives a steel ball integrated retroreflector and allows the steel ball integrated retroreflector to rotate around the target center while the target It is configured to keep the center in a substantially constant position with respect to the probe assembly. The method further includes providing an orientation sensor, wherein the orientation sensor is configured to perform a three orientation degree of freedom measurement of the probe assembly, and providing a coordinate measurement device; The coordinate measuring device includes a first motor, a second motor, a first angle measuring device, a second angle measuring device, a distance meter, a position detector, a control system, and a processor, The first motor and the second motor are configured to cooperate to guide the first light beam in the first direction, the first direction being a first rotation angle about the first axis and Determined by a second rotation angle about a second axis, the first rotation angle is generated by the first motor, the second rotation angle is generated by the second motor, and the first angle measurement The device is configured to measure the first rotation angle The second angle measuring device is configured to measure a second rotation angle, and the distance meter includes, at least in part, a first distance from the coordinate measuring device to the steel ball integrated retroreflector. The photodetector is configured to measure based on the third portion of the second light beam received, and the position detector is responsive to the position of the fourth portion of the second light beam on the position detector. And the control system is configured to transmit the second signal to the first motor and the third signal to the second motor, and The signal and the third signal are based at least in part on the first signal, and the control system directs the first direction of the first light beam to a position in the space of the steel ball integrated retroreflector. Configured to adjust to match, the processor is centered on the probe It is configured to determine dimension coordinates, three-dimensional coordinates, on at least a portion, a first distance, the first rotation angle, the second angle of rotation, based on the 3 orientation degrees of freedom. The method also includes installing a steel ball integrated retroreflector on the probe head, guiding a first light beam from the coordinate measuring device to the steel ball integrated retroreflector, and measuring a first distance. Measuring a first rotation angle; measuring a second rotation angle; performing a three azimuth degree of freedom measurement based at least in part on information provided by an azimuth sensor; Calculate the probe center three-dimensional coordinates based at least in part on the first distance, the first rotation angle, the second rotation angle, and the three degrees of freedom, and store the probe center three-dimensional coordinates Including the steps of:

ここで、図を参照すると、例示的実施形態が示されているが、これらは開示の全体的範囲に関して限定的であると解釈するべきではなく、また、複数の図面を通じて、図中の要素の番号は同様とした。   Referring now to the drawings, there are shown exemplary embodiments, which should not be construed as limiting with respect to the overall scope of the disclosure, and that through the drawings, The numbers were the same.

本発明のある実施形態によるレトロリフレクタターゲットを備えるレーザトラッカシステムの斜視図である。1 is a perspective view of a laser tracker system comprising a retro reflector target according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明のある実施形態による6−DOFターゲットを備えるレーザトラッカシステムの斜視図である。1 is a perspective view of a laser tracker system comprising a 6-DOF target according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明のある実施形態によるレーザトラッカの光学系と電子部品の要素を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the optical system of the laser tracker by one embodiment of this invention, and the element of an electronic component. 先行技術によるアフォーカルビームエクスパンダを示す図である。It is a figure which shows the afocal beam expander by a prior art. 先行技術によるアフォーカルビームエクスパンダを示す図である。It is a figure which shows the afocal beam expander by a prior art. 先行技術による光ファイバビーム入射射出部を示す図である。It is a figure which shows the optical fiber beam incident emission part by a prior art. 先行技術による検出器アセンブリの概略図である。1 is a schematic diagram of a prior art detector assembly. FIG. 先行技術による検出器アセンブリの概略図である。1 is a schematic diagram of a prior art detector assembly. FIG. 先行技術による検出器アセンブリの概略図である。1 is a schematic diagram of a prior art detector assembly. FIG. 先行技術による検出器アセンブリの概略図である。1 is a schematic diagram of a prior art detector assembly. FIG. 本発明の実施形態による位置検出器アセンブリを示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating a position detector assembly according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による位置検出器アセンブリを示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating a position detector assembly according to an embodiment of the present invention. 先行技術のADMの中の電気および電気光学的要素のブロック図である。1 is a block diagram of electrical and electro-optic elements in a prior art ADM. FIG. 先行技術の光ファイバ網内の光ファイバ要素を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing optical fiber elements in a prior art optical fiber network. FIG. 先行技術の光ファイバ網内の光ファイバ要素を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing optical fiber elements in a prior art optical fiber network. FIG. 本発明のある実施形態による光ファイバ網内の光ファイバ要素を示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating optical fiber elements in an optical fiber network according to an embodiment of the present invention. FIG. 先行技術のレーザトラッカの分解図である。1 is an exploded view of a prior art laser tracker. FIG. 先行技術のレーザトラッカの断面図である。1 is a cross-sectional view of a prior art laser tracker. 本発明のある実施形態によるレーザトラッカの演算および通信要素のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of the operation and communication elements of a laser tracker according to an embodiment of the invention. 本発明のある実施形態による、単一波長を利用するレーザトラッカの要素のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of elements of a laser tracker that utilizes a single wavelength, according to an embodiment of the invention. 本発明のある実施形態による、単一波長を利用するレーザトラッカの要素のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of elements of a laser tracker that utilizes a single wavelength, according to an embodiment of the invention. 本発明のある実施形態による6−DOF機能を有するレーザトラックの要素のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of elements of a laser track having 6-DOF functionality according to an embodiment of the present invention. 本発明のある実施形態による、6−DOFプローブ土台部に磁気的に取り付けられた6−DOF SMRの正面図である。6 is a front view of a 6-DOF SMR magnetically attached to a 6-DOF probe base, in accordance with an embodiment of the present invention. FIG. 本発明のある実施形態による、6−DOFプローブ土台部に締付固定された6−DOF SMRの正面図である。6 is a front view of a 6-DOF SMR clamped and secured to a 6-DOF probe base, in accordance with an embodiment of the present invention. FIG. 補正固定具上に設置されたプローブアセンブリと6−DOF SMRの正面図である。FIG. 6 is a front view of a probe assembly and 6-DOF SMR installed on a correction fixture. 本発明のある実施形態による補正固定具の断面図である。1 is a cross-sectional view of a correction fixture according to an embodiment of the present invention. 本発明のある実施形態による、補正パラメータを得るための6−DOFプローブのヨー運動を示す正面図である。FIG. 6 is a front view illustrating a yaw motion of a 6-DOF probe to obtain a correction parameter according to an embodiment of the present invention. 本発明のある実施形態による、補正パラメータを得るための6−DOFプローブのピッチ運動を示す正面図である。FIG. 6 is a front view illustrating pitch motion of a 6-DOF probe to obtain correction parameters according to an embodiment of the present invention. 本発明のある実施形態による、補正パラメータを得るための6−DOFプローブのロール運動を示す正面図である。FIG. 6 is a front view illustrating the roll motion of a 6-DOF probe to obtain correction parameters according to an embodiment of the present invention. 本発明のある実施形態による、断続回転位置割出機能および嵌合機能を有するプローブアセンブリと6−DOF SMRの正面図である。FIG. 4 is a front view of a probe assembly and 6-DOF SMR with intermittent rotational position indexing and mating functions, in accordance with an embodiment of the present invention. 本発明のある実施形態による三次元座標の測定方法のフロー図である。It is a flowchart of the measuring method of the three-dimensional coordinate by one embodiment of this invention. 本発明のある実施形態による、図18の参照記号Aから始まる方法のフロー図である。FIG. 19 is a flow diagram of a method beginning with reference symbol A of FIG. 18 according to an embodiment of the present invention. 本発明のある実施形態による、図19の参照記号Bから始まる方法のフロー図である。FIG. 20 is a flow diagram of a method beginning with reference symbol B of FIG. 本発明のある実施形態による、図18の参照記号Aから始まる方法のフロー図である。FIG. 19 is a flow diagram of a method beginning with reference symbol A of FIG. 18 according to an embodiment of the present invention. 本発明のある実施形態による、図21の参照記号Cから始まる方法のフロー図である。FIG. 22 is a flow diagram of a method beginning with reference C in FIG. 21 according to an embodiment of the present invention. 本発明のある実施形態による、図18の参照記号Aから始まる方法のフロー図である。FIG. 19 is a flow diagram of a method beginning with reference symbol A of FIG. 18 according to an embodiment of the present invention.

図1に示される例示的レーザトラッカシステム5は、レーザトラッカ10と、レトロリフレクタターゲット26と、任意選択による補助ユニットプロセッサ50と、任意選択による補助コンピュータ60と、を含む。レーザトラッカ10の例示的なジンバルビームステアリング機構12はゼニスキャリッジ14を含み、これはアジマスベース16に取り付けられ、アジマス軸20の周囲で回転する。ペイロード15がゼニスキャリッジ14に装着され、ゼニス軸18の周囲で回転する。ゼニス軸18とアジマス軸20はトラッカ10の中でジンバル点22において直交し、これは一般に距離測定の原点となる。レーザビーム46は事実上、ジンバル点22を通り、ゼニス軸18に直角の向きとなる。換言すれば、レーザビーム46はゼニス軸18に対して略垂直で、アジマス軸20を通る平面内にある。射出レーザビーム46は、ゼニス軸18の周囲でのペイロード15の回転とアジマス軸20の周囲でのゼニスキャリッジ14の回転によって所望の方向に向けられる。ゼニス角度エンコーダはトラッカの内部にあり、ゼニス軸18と整列するゼニス機械軸に取り付けられる。アジマス角度エンコーダはトラッカの内部にあり、アジマス軸20と整列するアジマス機械軸に取り付けられる。ゼニスおよびアジマス角度エンコーダは、比較的高い精度でセニス回転角度とアジマス回転角度を測定する。射出レーザビーム46は鋼球一体加工レトロリフレクタターゲット26へと進み、これは例えば、前述のような鋼球一体加工レトロリフレクタ(SMR)であってもよい。ジンバル点22とレトロリフレクタ26の間の半径方向の距離、ゼニス軸18の周囲での回転角度とアジマス軸20の周囲での回転角度を測定することにより、レトロリフレクタ26の位置がトラッカの球面座標系の中で特定される。   The exemplary laser tracker system 5 shown in FIG. 1 includes a laser tracker 10, a retroreflector target 26, an optional auxiliary unit processor 50, and an optional auxiliary computer 60. The exemplary gimbal beam steering mechanism 12 of the laser tracker 10 includes a zenith carriage 14 that is attached to an azimuth base 16 and rotates about an azimuth axis 20. The payload 15 is mounted on the zenith carriage 14 and rotates around the zenith shaft 18. The zenith axis 18 and the azimuth axis 20 are orthogonal to each other at the gimbal point 22 in the tracker 10, and this is generally the origin of distance measurement. The laser beam 46 effectively passes through the gimbal point 22 and is oriented perpendicular to the zenith axis 18. In other words, the laser beam 46 is substantially perpendicular to the zenith axis 18 and in a plane that passes through the azimuth axis 20. The emitted laser beam 46 is directed in a desired direction by rotation of the payload 15 around the zenith axis 18 and rotation of the zenith carriage 14 around the azimuth axis 20. The zenith angle encoder is internal to the tracker and is attached to a zenith machine shaft that is aligned with the zenith shaft 18. The azimuth angle encoder is internal to the tracker and is attached to an azimuth machine axis that is aligned with the azimuth axis 20. Zenith and azimuth angle encoders measure senis rotation and azimuth rotation angles with relatively high accuracy. The emitted laser beam 46 travels to a steel ball integrated retroreflector target 26, which may be, for example, a steel ball integrated retroreflector (SMR) as described above. By measuring the radial distance between the gimbal point 22 and the retroreflector 26, the rotation angle around the zenith axis 18 and the rotation angle around the azimuth axis 20, the position of the retroreflector 26 is determined by the spherical coordinates of the tracker. Specified in the system.

射出レーザビーム46は1つまたは複数のレーザ波長を含んでいてもよく、これについては後述する。明瞭化と単純化のために、以下の説明では図1に示されている種類のステアリング機構を前提とする。しかしながら、それ以外の種類のステアリング機構も使用可能である。例えば、レーザビームを、アジマスおよびセニス軸の周囲で回転するミラーで反射させることができる。本明細書に記載の技術は、ステアリング機構の種類に関係なく適用可能である。   The emitted laser beam 46 may include one or more laser wavelengths, which will be described later. For clarity and simplicity, the following description assumes a steering mechanism of the type shown in FIG. However, other types of steering mechanisms can be used. For example, the laser beam can be reflected by a mirror that rotates about the azimuth and sennis axes. The technology described in this specification can be applied regardless of the type of the steering mechanism.

磁気ネスト17をレーザトラッカに含めてもよく、これは大きさの異なるSMR、例えば1、5、7/8、1/2インチSMRの「ホーム」ポジションにレーザトラッカをリセットするためのものである。トラッカ上のレトロリフレクタ19を使用して、トラッカを基準距離にリセットしてもよい。これに加えて、図1の図では見えていないトラッカ上のミラーをトラッカ上のレトロリフレクタと共用し、自己補正機能を可能にしてもよく、これは米国特許第7,327,446号に記載されており、その内容を参照によって本願に援用する。   A magnetic nest 17 may be included in the laser tracker, for resetting the laser tracker to the “home” position of different sized SMRs, eg 1, 5, 7/8, 1/2 inch SMR. . A retro reflector 19 on the tracker may be used to reset the tracker to a reference distance. In addition, a mirror on the tracker that is not visible in the diagram of FIG. 1 may be shared with a retro-reflector on the tracker to enable a self-correction function, which is described in US Pat. No. 7,327,446. The contents of which are incorporated herein by reference.

図2は例示的なレーザトラッカシステム7を示しており、これは図1のレーザトラッカシステム5と同様であるが、レトロリフレクタターゲット26の代わりに6−DOFプローブ1000が使用されている点が異なる。図1では、他の種類のレトロリフレクタターゲットを使用してもよい。例えば、光がガラス構造の反射性の裏面にある小さな光のスポットに合焦するガラス製レトロリフレクタであるキャットアイレトロリフレクタが使用されることもある。   FIG. 2 shows an exemplary laser tracker system 7 that is similar to the laser tracker system 5 of FIG. 1 except that a 6-DOF probe 1000 is used instead of the retroreflector target 26. . In FIG. 1, other types of retro-reflector targets may be used. For example, a cat-eye retro-reflector, which is a glass retro-reflector that focuses light on a small spot of light on the reflective back of the glass structure, may be used.

図3は、レーザトラッカの実施形態における光学および電気要素を示すブロック図である。これは、2つの波長、すなわちADM用の第一の波長および可視ポインタとトラッキング用の第二の波長の光を発するレーザトラッカの要素を示している。可視ポインタによって、使用者にはトラッカにより発せられるレーザビームスポットの位置が見える。2種類の波長は、自由空間ビームスプリッタを使って合成される。電気光学(EO)システム100は可視光源110と、アイソレータ115と、任意選択による第一のファイバ射出部170と、任意選択による干渉計(IFM)120と、ビームエクスパンダ140と、第一のビームスプリッタ145と、位置検出アセンブリ150と、第二のビームスプリッタ155と、ADM 160と、第二のファイバ入射射出部170と、を含む。   FIG. 3 is a block diagram illustrating optical and electrical elements in an embodiment of a laser tracker. This shows an element of a laser tracker that emits light of two wavelengths: a first wavelength for ADM and a visible pointer and a second wavelength for tracking. The visible pointer allows the user to see the position of the laser beam spot emitted by the tracker. The two types of wavelengths are combined using a free space beam splitter. The electro-optic (EO) system 100 includes a visible light source 110, an isolator 115, an optional first fiber exit 170, an optional interferometer (IFM) 120, a beam expander 140, and a first beam. It includes a splitter 145, a position detection assembly 150, a second beam splitter 155, an ADM 160, and a second fiber entrance / exit section 170.

可視光源110はレーザ、スーパールミネセントダイオード、その他の発光装置であってよい。アイソレータ115は、ファラデーアイソレータ、減衰器、または光源へと後方反射する光を減少させることのできるその他の装置であってもよい。任意選択によるIFMは様々な方法で構成できる。可能な実施の具体例として、IFMはビームスプリッタ122と、レトロリフレクタ126と、四分の一波長板124、130と、位相アナライザ128と、を含んでいてもよい。可視光源110は光を自由空間へと射出してもよく、その後、この光は自由空間内を、アイソレータ115と任意選択によるIFM 120を通って進む。あるいは、アイソレータ115は光ファイバケーブルによって可視光源110に連結されていてもよい。この場合、アイソレータからの光は第一の光ファイバ入射射出部170を通って自由空間内へと射出されてもよく、これについては図5に関して後述する。   The visible light source 110 may be a laser, a superluminescent diode, or other light emitting device. The isolator 115 may be a Faraday isolator, attenuator, or other device that can reduce light reflected back to the light source. The optional IFM can be configured in various ways. As an example of a possible implementation, the IFM may include a beam splitter 122, a retroreflector 126, quarter wave plates 124, 130, and a phase analyzer 128. Visible light source 110 may emit light into free space, which then travels through free space through isolator 115 and optional IFM 120. Alternatively, the isolator 115 may be connected to the visible light source 110 by an optical fiber cable. In this case, the light from the isolator may be emitted into the free space through the first optical fiber entrance / exit part 170, which will be described later with reference to FIG.

ビームエクスパンダ140は様々なレンズ構成を使って構築できるが、一般的に使用される2つの先行技術の構成が図4A、4Bに示されている。図4Aは、マイナスレンズ141Aとプラスレンズ142Aの使用に基づく構成140Aを示している。マイナスレンズ141Aに入射したコリメート光ビーム220Aは、プラスレンズ142Aから、より大きなコリメート光ビーム230Aとして出る。図4Bは、2枚のプラスレンズ141B、142Bの使用に基づく構成140Bを示している。第一のプラスレンズ141Bに入射したコリメート光ビーム220Bは第二のプラスレンズ142Bから、より大きなコリメート光ビーム230Bとして出る。ビームエクスパンダ140から出た光のうち、少量がトラッカから出るまでの途中にビームスプリッタ145、155で反射されて失われる。光のうちビームスプリッタ155を通過した部分は、ADM 160からの光と合成されて複合光ビーム188を形成し、それがレーザトラッカから出て、レトロリフレクタ90へと進む。   Although beam expander 140 can be constructed using various lens configurations, two commonly used prior art configurations are shown in FIGS. 4A and 4B. FIG. 4A shows a configuration 140A based on the use of a minus lens 141A and a plus lens 142A. The collimated light beam 220A incident on the minus lens 141A exits as a larger collimated light beam 230A from the plus lens 142A. FIG. 4B shows a configuration 140B based on the use of two plus lenses 141B, 142B. The collimated light beam 220B incident on the first plus lens 141B exits from the second plus lens 142B as a larger collimated light beam 230B. A small amount of light emitted from the beam expander 140 is lost by being reflected by the beam splitters 145 and 155 on the way to the tracker. The portion of the light that has passed through the beam splitter 155 is combined with the light from the ADM 160 to form a composite light beam 188 that exits the laser tracker and proceeds to the retro-reflector 90.

ADM 160は、光源162と、ADM電子部品164と、ファイバ網166と、相互接続電気ケーブル165と、相互接続光ファイバ168、169、184、186と、を含む。ADM電子部品は電気的変調およびバイアス電圧を光源162に送信し、これは、例えば約1550nmの波長で動作する分散型フィードバックレーザであってもよい。ある実施形態において、ファイバ網166は、図8Aに示される先行技術の光ファイバ網420Aであってもよい。この実施形態では、図3の光源162からの光は、図8Aの光ファイバ432と同等の光ファイバ184上を進む。   The ADM 160 includes a light source 162, ADM electronics 164, a fiber network 166, an interconnect electrical cable 165, and interconnect optical fibers 168, 169, 184, 186. The ADM electronics transmits electrical modulation and bias voltage to the light source 162, which may be a distributed feedback laser operating at a wavelength of about 1550 nm, for example. In some embodiments, the fiber network 166 may be the prior art fiber optic network 420A shown in FIG. 8A. In this embodiment, light from light source 162 in FIG. 3 travels on optical fiber 184, which is equivalent to optical fiber 432 in FIG. 8A.

図8Aのファイバ網は、第一のファイバカプラ430と、第二のファイバカプラ436と、低伝送リフレクタ435、440と、を含む。光は第一のファイバカプラ430を通り、2つの経路、すなわち光ファイバ433を通じて第二のファイバカプラ436に至る第一の経路と、光ファイバ433とファイバ長イコライザ423を通る第二の経路に分かれる。ファイバ長イコライザ423は図3のファイバ長168につながり、これはADM電子部品164の参照チャネルへと進む。ファイバ長イコライザ423の目的は、参照チャネル内で光が移動する光ファイバの長さを、測定チャネル内で光が移動する光ファイバの長さと一致させることである。このようにしてファイバ長を一致させることにより、周囲温度の変化によって生じるADMのエラーが減少する。このようなエラーは、光ファイバの有効光路長が光のファイバの平均屈折率にファイバ長を乗じたものと等しいために発生する可能性がある。光ファイバの屈折率はファイバの温度に依存するため、光ファイバの温度の変化は、測定および参照チャネルの有効光路長を変化させる。測定チャネルの光ファイバの有効光路長が参照チャネルの光ファイバの有効光路長に関して変化すると、その結果、レトロリフレクタターゲット90が静止したままに保たれたとしても、レトロリフレクタの位置が明白に変化する。この問題を回避するために、2つのステップがとられる。第一に、参照チャネルのファイバ長を測定チャネルのファイバ長にできるだけ一致させる。第二に、測定および参照ファイバを可能なかぎり並べて引き回すことにより、これら2つのチャネル内の光ファイバの温度変化が確実にほとんど同じになるようにする。   The fiber network of FIG. 8A includes a first fiber coupler 430, a second fiber coupler 436, and low transmission reflectors 435, 440. Light passes through the first fiber coupler 430 and is divided into two paths: a first path through the optical fiber 433 to the second fiber coupler 436, and a second path through the optical fiber 433 and the fiber length equalizer 423. . The fiber length equalizer 423 leads to the fiber length 168 of FIG. 3, which proceeds to the reference channel of the ADM electronics 164. The purpose of the fiber length equalizer 423 is to match the length of the optical fiber in which light travels in the reference channel with the length of the optical fiber in which light travels in the measurement channel. By matching the fiber lengths in this manner, ADM errors caused by ambient temperature changes are reduced. Such an error may occur because the effective optical path length of the optical fiber is equal to the average refractive index of the optical fiber multiplied by the fiber length. Since the refractive index of an optical fiber depends on the temperature of the fiber, changes in the temperature of the optical fiber change the effective optical path length of the measurement and reference channels. When the effective optical path length of the measurement channel optical fiber changes with respect to the effective optical path length of the reference channel optical fiber, the retro-reflector position will obviously change even if the retro-reflector target 90 remains stationary. . To avoid this problem, two steps are taken. First, the fiber length of the reference channel is matched as closely as possible to the fiber length of the measurement channel. Second, the measurement and reference fibers are routed side by side as much as possible to ensure that the temperature changes of the optical fibers in these two channels are almost the same.

光は第二の光ファイバカプラ436を通り、2つの経路、すなわち低反射ファイバ終端器440への第一の光路と、光ファイバ438への第二の経路に分かれ、そこから光は図3の光ファイバ186へと進む。光ファイバ186上の光は第二のファイバ入射射出部170を通って進む。   The light passes through the second optical fiber coupler 436 and is split into two paths, a first optical path to the low reflection fiber terminator 440 and a second path to the optical fiber 438, from which the light is shown in FIG. Proceed to optical fiber 186. The light on the optical fiber 186 travels through the second fiber entrance / exit section 170.

ある実施形態において、ファイバ入射射出部170は先行技術の図5に示されている。図3の光ファイバ186からの光は、図5のファイバ172へと進む。ファイバ入射射出部170は、光ファイバ172と、フェルール174と、レンズ176と、を含む。光ファイバ172はフェルール174に取り付けられ、これはレーザトラッカ10の中の構造体に安定に取り付けられる。所望に応じて、光ファイバの端をある角度で研磨して、後方反射を低減させてもよい。光250はファイバのコアから発せられ、ファイバは、直径が使用される光の波長と光ファイバの特定の種類に応じて4〜12マイクロメートルであるシングルモード光ファイバであってもよい。光250はある角度で発散し、レンズ176に入り、それによって平行にされる。ADMシステム内の単独の光ファイバを通じて光信号を送信し、受信する方法は‘758号特許の中で図3に関して説明されている。   In one embodiment, the fiber entrance and exit 170 is shown in prior art FIG. Light from optical fiber 186 in FIG. 3 travels to fiber 172 in FIG. The fiber incidence / emission unit 170 includes an optical fiber 172, a ferrule 174, and a lens 176. The optical fiber 172 is attached to the ferrule 174, which is stably attached to the structure in the laser tracker 10. If desired, the end of the optical fiber may be polished at an angle to reduce back reflection. The light 250 is emitted from the core of the fiber, and the fiber may be a single mode optical fiber whose diameter is 4-12 micrometers depending on the wavelength of light used and the specific type of optical fiber. Light 250 diverges at an angle and enters lens 176, thereby being collimated. A method for transmitting and receiving optical signals over a single optical fiber in an ADM system is described in the '758 patent with respect to FIG.

図3を参照すると、ビームスプリッタ155はダイクロイックビームスプリッタであってもよく、これはそれが反射するものと異なる波長を透過させる。ある実施形態において、ADM 160からの光はダイクロイックビームスプリッタ155で反射され、可視レーザ110からの、ダイクロイックビームスプリッタ155を透過した光と合成される。合成光ビーム188は、第一のビームとしてレーザトラッカから出て、レトロリフレクタ90へと進み、これが光の一部を第二のビームとして戻す。第二のビームのうち、ADM波長の部分はダイクロイックビームスプリッタ155で反射され、第二のファイバ入射射出部170に戻り、これは光を光ファイバ186に再び結合する。   Referring to FIG. 3, the beam splitter 155 may be a dichroic beam splitter, which transmits different wavelengths than it reflects. In some embodiments, light from ADM 160 is reflected by dichroic beam splitter 155 and combined with light from visible laser 110 that has passed through dichroic beam splitter 155. The combined light beam 188 exits the laser tracker as a first beam and travels to the retroreflector 90, which returns a portion of the light as a second beam. Of the second beam, the ADM wavelength portion is reflected by the dichroic beam splitter 155 and returns to the second fiber entrance / exit section 170, which couples the light back into the optical fiber 186.

ある実施形態において、光ファイバ186は図8Aの光ファイバ438に対応する。戻る光は光ファイバ438から第二のファイバカプラ436を通過し、2つの経路に分かれる。第一の経路は光ファイバ424に至り、これはある実施形態において、図3のADM電子部品164の測定チャネルに至る光ファイバ169に対応する。第二の経路は光ファイバ433に、その後、第一のファイバカプラ430に至る。第一のファイバカプラ430から出た光は2つの経路、すなわち光ファイバ432への第一の経路と低反射終端部435への第二の経路に分かれる。ある実施形態において、光ファイバ432は光ファイバ184に対応し、これは図3の光源162に至る。ほとんどの場合、光源162は内蔵ファラデーアイソレータを含み、これは光ファイバ432から光源に入る光の量を最小限にする。反対方向にレーザに供給される光が多すぎると、レーザが不安定となる可能性がある。   In certain embodiments, the optical fiber 186 corresponds to the optical fiber 438 of FIG. 8A. The returning light passes from the optical fiber 438 through the second fiber coupler 436 and is split into two paths. The first path leads to optical fiber 424, which in one embodiment corresponds to optical fiber 169 leading to the measurement channel of ADM electronics 164 of FIG. The second path leads to the optical fiber 433 and then to the first fiber coupler 430. The light emitted from the first fiber coupler 430 is divided into two paths, that is, a first path to the optical fiber 432 and a second path to the low reflection termination 435. In some embodiments, the optical fiber 432 corresponds to the optical fiber 184, which leads to the light source 162 of FIG. In most cases, the light source 162 includes a built-in Faraday isolator, which minimizes the amount of light that enters the light source from the optical fiber 432. If too much light is supplied to the laser in the opposite direction, the laser can become unstable.

ファイバ網166からの光は光ファイバ168、169を通じてADM電子部品164に入る。先行技術のADM電子部品のある実施形態が図7に示されている。図3の光ファイバ168は、図7の光ファイバ3232に対応し、図3の光ファイバ169は図7の光ファイバ3230に対応する。ここで図7を参照すると、ADM電子部品3300は、周波数基準3302と、合成装置3304と、測定検出器3306と、参照検出器3308と、測定ミキサ3310と、参照ミキサ3312と、コンディショニング電子部品3314、3316、3318、3320と、N分周プリスケーラ3324と、アナログデジタルコンバータ(ADC)3322と、を含む。周波数基準は、例えば恒温槽水晶振動子(OCXO)であってもよく、10MHzとしうる基準周波数fREFを例えば合成装置に送信し、これが2種類の電気信号、すなわち周波数fRFの1つの信号と周波数fLOの2つの信号を生成する。信号fRFは光源3102に供給され、これは図3光源162に対応する。周波数fLOの2つの信号は測定ミキサ1110と参照ミキサ3312に供給される。図3の光ファイバ168、169からの光は、それぞれ図7のファイバ3232、3230上に現れ、それぞれ参照および測定チャネルに入る。参照検出器3308と測定検出器3306は、光信号を電気信号に変換する。これらの信号は、それぞれ電気構成部品3316、3314によってコンディショニングされ、それぞれミキサ3312、3310に送信される。ミキサは、fLO−fRFの絶対値と等しい周波数fIFを生成する。信号fRFは比較的高い周波数、例えば2GHであってもよく、その一方で信号fIFは比較的低い周波数、例えば10kHzであってもよい。 Light from the fiber network 166 enters the ADM electronics 164 through optical fibers 168 and 169. One embodiment of a prior art ADM electronic component is shown in FIG. The optical fiber 168 in FIG. 3 corresponds to the optical fiber 3232 in FIG. 7, and the optical fiber 169 in FIG. 3 corresponds to the optical fiber 3230 in FIG. Referring now to FIG. 7, the ADM electronics 3300 includes a frequency reference 3302, a synthesizer 3304, a measurement detector 3306, a reference detector 3308, a measurement mixer 3310, a reference mixer 3312, and a conditioning electronics 3314. 3316, 3318, 3320, an N-dividing prescaler 3324, and an analog-to-digital converter (ADC) 3322. Frequency reference may for example be a thermostatic bath crystal oscillator (OCXO), and sends a reference frequency f REF capable of a 10MHz, for example, in the synthesis apparatus, which are two types of electrical signals, namely the one signal frequency f RF Two signals of frequency f LO are generated. The signal f RF is supplied to the light source 3102, which corresponds to the light source 162 in FIG. The two signals having the frequency f LO are supplied to the measurement mixer 1110 and the reference mixer 3312. Light from optical fibers 168 and 169 of FIG. 3 appears on fibers 3232 and 3230 of FIG. 7, respectively, and enters the reference and measurement channels, respectively. The reference detector 3308 and the measurement detector 3306 convert the optical signal into an electrical signal. These signals are conditioned by electrical components 3316 and 3314, respectively, and transmitted to mixers 3312 and 3310, respectively. The mixer generates a frequency f IF equal to the absolute value of f LO −f RF . The signal f RF may be a relatively high frequency, for example 2 GH, while the signal f IF may be a relatively low frequency, for example 10 kHz.

参照周波数fREFはプリスケーラ3324に送信され、これがその周波数を整数値で分周する。例えば、10MHzの周波数は40で分周されて、250kHzの出力周波数が得られる。この例では、ADC 3322に入る10kHzの信号は250kHzの速度でサンプリングされ、それによって1サイクルあたり25のサンプルが生成される。ADC 3322からの信号はデータプロセッサ3400に送信され、これは、例えば図3のADM電子部品164の中に設置される1つまたは複数のデジタル信号プロセッサ(DSP)ユニットであってもよい。 The reference frequency f REF is transmitted to the prescaler 3324, which divides the frequency by an integer value. For example, a frequency of 10 MHz is divided by 40 to obtain an output frequency of 250 kHz. In this example, the 10 kHz signal entering ADC 3322 is sampled at a rate of 250 kHz, thereby producing 25 samples per cycle. The signal from the ADC 3322 is sent to the data processor 3400, which may be one or more digital signal processor (DSP) units installed, for example, in the ADM electronics 164 of FIG.

ある距離を抽出する方法は、参照および測定チャネル用のADC信号の位相の計算に基づく。この方法は、Bridgesらの米国特許第7,701,559号(以下、「‘ 559号特許」という)に詳しく記載されており、その内容を参照によって本願に援用する。計算は、‘559号特許の式(1)〜(8)の使用を含む。これに加えて、ADMが最初にレトロリフレクタの測定を開始すると、合成装置によって生成される周波数は、何度か(例えば、3回)変更され、毎回、ありうるADM距離が計算される。選択された周波数の各々についてのありうるADM距離を比較することによって、ADM測定値の不明確さが排除される。‘599号特許の式(1)〜(8)に‘559号特許の図5に関して説明された同期方法および‘559号特許に記載されているカルマンフィルタ方式を組み合わせることにより、ADMは移動するターゲットを測定できる。他の実施形態においては、他の方法、例えば位相差ではなくパルス式飛行時間を使用することにより、絶対距離測定値を得てもよい。   The method of extracting a distance is based on the calculation of the phase of the ADC signal for the reference and measurement channels. This method is described in detail in US Pat. No. 7,701,559 (hereinafter referred to as the “'559 patent”) by Bridges et al., The contents of which are incorporated herein by reference. The calculation includes the use of equations (1)-(8) of the '559 patent. In addition to this, when the ADM first starts measuring the retro-reflector, the frequency generated by the synthesizer is changed several times (eg, three times) and the possible ADM distance is calculated each time. By comparing the possible ADM distances for each of the selected frequencies, the ambiguity of the ADM measurement is eliminated. By combining the formulas (1)-(8) of the '599 patent with the synchronization method described with respect to FIG. 5 of the' 559 patent and the Kalman filter scheme described in the '559 patent, the ADM moves the moving target. It can be measured. In other embodiments, absolute distance measurements may be obtained by other methods, such as using pulsed time of flight rather than phase difference.

ビームスプリッタ155を通る回帰光ビーム190の一部はビームスプリッタ145に到達し、これが光の一部をビームスプリッタ140に、また光の別の部分を位置検出器アセンブリ150に送信する。レーザトラッカ10またはEOシステム100から発せられる光は第一のビームと考えてもよく、その光の、レトロリフレクタ90または26で反射された部分は第二のビームと考えてもよい。反射ビームの一部はEOシステム100の異なる機能要素に送られる。例えば、第一の部分は図3のADM 160等の距離計に送られてもよい。第二の部分は、位置検出器アセンブリ150に送られてもよい。場合により、第三の部分は、任意選択による干渉計120等の他の機能ユニットに送信されてもよい。重要な点として、図3の例では、第二のビームの第一の部分と第二の部分がそれぞれビームスプリッタ155と145で反射された後に距離計と位置検出器に送信されるが、反射ではなく、光を距離計または位置検出器へと光を透過させることも可能であると理解すべきである。   A portion of the return light beam 190 that passes through the beam splitter 155 reaches the beam splitter 145, which transmits a portion of the light to the beam splitter 140 and another portion of the light to the position detector assembly 150. The light emitted from the laser tracker 10 or the EO system 100 may be considered as the first beam, and the portion of the light reflected by the retroreflector 90 or 26 may be considered as the second beam. Some of the reflected beams are sent to different functional elements of the EO system 100. For example, the first portion may be sent to a distance meter such as ADM 160 of FIG. The second portion may be sent to the position detector assembly 150. In some cases, the third portion may be transmitted to other functional units such as the optional interferometer 120. Significantly, in the example of FIG. 3, the first and second portions of the second beam are reflected by beam splitters 155 and 145, respectively, and then transmitted to the distance meter and position detector. Rather, it should be understood that light can be transmitted to a rangefinder or position detector.

先行技術の位置検出器アセンブリ150A〜150Dの4つの例が図6A〜Dに示されている。図6Aは最も単純な例を示しており、位置検出器アセンブリは位置センサ151を含み、これは回路板152上に取り付けられ、それが電子ボックス350から電源を得て、また信号をそこに戻し、これが表すのはレーザトラッカ10、補助ユニット50、または外部コンピュータ60の中の何れかの位置における電子処理機能であってよい。図6Bは光フィルタ154を含み、これは不要な光波長が位置センサ151に到達しないようにブロックする。不要な光波長はまた、たとえばビームスプリッタ145または位置センサ151の表面を適当なフィルムで被覆することによってブロックしてもよい。図6Cはレンズ153を含み、これは光ビームの大きさを縮小する。図6Dは、光フィルタ154とレンズ153の両方を含む。   Four examples of prior art position detector assemblies 150A-150D are shown in FIGS. FIG. 6A shows the simplest example, where the position detector assembly includes a position sensor 151, which is mounted on a circuit board 152, which obtains power from the electronic box 350 and returns signals to it. This may represent an electronic processing function at any location within the laser tracker 10, auxiliary unit 50, or external computer 60. FIG. 6B includes an optical filter 154 that blocks unwanted light wavelengths from reaching the position sensor 151. Unwanted light wavelengths may also be blocked, for example, by coating the surface of beam splitter 145 or position sensor 151 with a suitable film. FIG. 6C includes a lens 153 that reduces the size of the light beam. FIG. 6D includes both an optical filter 154 and a lens 153.

図6Eは、本発明のある実施形態による位置検出アセンブリを示し、これは光学コンディショナ149Eを含む。光学コンディショナはレンズ153を含み、また、任意選択による波長フィルタ154も含んでいてよい。そのほかに、拡散板156と空間フィルタ157の少なくとも一方を含む。前述のように、一般的な種類のレトロリフレクタはコーナキューブレトロリフレクタである。1種のコーナキューブレトロリフレクタは3つのミラーで構成され、各々、残りの2つのミラーと直角に連結される。これら3つのミラーが連結される交線は有限厚を有していてもよく、光は完全にはトラッカに反射されない。有限厚を有する線は、これらが伝播する間に回折し、位置検出器に到達した時に、これらが位置検出器にある時とまったく同じには見えないかもしれない。しかしながら、回折光パターンは一般に、完璧な対称からずれている。その結果、位置検出器151に当たる光には、例えば回折した線の付近で光パワー(ホットスポット)の増減があるかもしれない。レトロリフレクタからの光の均一性はレトロリフレクタごとに異なる可能性があるため、また位置検出器上の光の分散が、レトロリフレクタの回転または傾きに伴って変化する可能性があるため、拡散板156を含めることにより、位置検出器151に当たる光の平滑さを改善することが有利でありうる。理想的な位置検出器は重心に応答するはずであり、理想的な拡散板はスポットを対称に広げるはずであるため、位置検出器は結果として得られた位置に影響を与えないはずであると主張することができる。しかしながら、実際には、拡散板は位置検出器アセンブリの性能を改善することが観察され、これはおそらく、位置検出器151とレンズ153の非線形性(不完全性)の効果による。ガラス製のコーナキューブレトロリフレクタはまた、位置検出器151において不均一な光スポットを生成してもよい。位置検出器における光のスポットのばらつきは、6−DOFターゲットの中のコーナキューブから反射される光から特に顕著であるかもしれず、これは本願と共通の譲受人に譲渡された、2012年2月10日出願の米国特許出願第13/370,339号(以下、「‘339号出願」という)と2012年2月29日出願の同第13/407,983号(以下、「‘983号出願」という)からより明らかに理解されるかもしれず、これらの内容を参照によって本願に援用する。ある実施形態において、拡散板156はホログラフィックディフューザである。ホログラフィックディフューザは、制御された均質な光を指定された拡散角度で供給する。他の実施形態では、他の種類の拡散板、例えばすりガラス、または「オパール」拡散板が使用される。   FIG. 6E illustrates a position sensing assembly according to an embodiment of the present invention, which includes an optical conditioner 149E. The optical conditioner includes a lens 153 and may also include an optional wavelength filter 154. In addition, at least one of the diffusion plate 156 and the spatial filter 157 is included. As mentioned above, a common type of retro-reflector is a corner cube retro-reflector. One corner cube retroreflector is composed of three mirrors, each connected at right angles to the remaining two mirrors. The intersection line where these three mirrors are connected may have a finite thickness, and the light is not completely reflected by the tracker. Lines with finite thickness diffract as they propagate and when they reach the position detector, they may not look exactly the same as when they are in the position detector. However, the diffracted light pattern generally deviates from perfect symmetry. As a result, the light hitting the position detector 151 may have an increase or decrease in optical power (hot spot), for example, near the diffracted line. Because the light uniformity from the retro-reflector can vary from one retro-reflector and the light dispersion on the position detector can change with the rotation or tilt of the retro-reflector, By including 156, it may be advantageous to improve the smoothness of the light striking the position detector 151. The ideal position detector should respond to the center of gravity and the ideal diffuser should spread the spot symmetrically, so the position detector should not affect the resulting position. Can argue. In practice, however, the diffuser plate has been observed to improve the performance of the position detector assembly, possibly due to the non-linearity (imperfection) effect of the position detector 151 and lens 153. A glass corner cube retro-reflector may also generate a non-uniform light spot at the position detector 151. The variation in the spot of light in the position detector may be particularly noticeable from the light reflected from the corner cube in the 6-DOF target, which was assigned to the common assignee of this application, February 2012. No. 13 / 370,339 (hereinafter referred to as “'339 application”) filed on the 10th and 13 / 407,983 (hereinafter referred to as “the' 983 application”) filed on February 29, 2012. The content of which is incorporated herein by reference. In some embodiments, the diffuser plate 156 is a holographic diffuser. A holographic diffuser provides controlled homogeneous light at a specified diffusion angle. In other embodiments, other types of diffuser plates are used, such as ground glass or “opal” diffuser plates.

位置検出器アセンブリ150Eの空間フィルタ157の目的は、例えば光学的平面での不要な反射により生じうるゴーストビームが位置検出器151に当たらないようにブロックすることである。空間フィルタは、アパーチャを有するプレート157を含む。空間フィルタ157をレンズから、レンズの焦点距離と略等しい距離だけ離れた位置に設置することにより、回帰光243Eは、それがその最も狭い、ビームのウエストの付近にある時に空間フィルタを通過する。例えば光学要素の反射の結果として異なる角度で進んでいるビームは、アパーチャから離れた位置で空間フィルタに当たり、位置検出器151に到達しないようにブロックされる。一例が図6Eに示されており、その中では不要なゴーストビーム244Eがビームスプリッタ145の表面で反射され、空間フィルタ157へと進み、そこでブロックされる。空間フィルタがないと、ゴーストビーム244Eは位置検出器151に到達しており、それによって位置検出器151上のビーム243Eの位置が不正確に判定されることになるであろう。たとえ弱いゴーストビームであっても、そのゴーストビームが主要な光スポットから比較的大きな距離だけ離れている場合、位置検出器151上の重心の位置を大きく変化させる可能性がある。   The purpose of the spatial filter 157 of the position detector assembly 150E is to block the ghost beam, which may be caused by unwanted reflections in the optical plane, from hitting the position detector 151, for example. The spatial filter includes a plate 157 having an aperture. By placing the spatial filter 157 away from the lens by a distance approximately equal to the focal length of the lens, the return light 243E passes through the spatial filter when it is near its narrowest beam waist. For example, a beam traveling at a different angle as a result of reflection of the optical element hits the spatial filter at a position away from the aperture and is blocked from reaching the position detector 151. An example is shown in FIG. 6E, in which unwanted ghost beam 244E is reflected off the surface of beam splitter 145 and travels to spatial filter 157 where it is blocked. Without a spatial filter, the ghost beam 244E would have reached the position detector 151, which would inaccurately determine the position of the beam 243E on the position detector 151. Even a weak ghost beam may significantly change the position of the center of gravity on the position detector 151 if the ghost beam is a relatively large distance away from the main light spot.

ここに記載された種類のレトロリフレクタ、例えばコーナキューブまたはキャットアイレトロリフレクタは、レトロリフレクタに、入射光線に平行な方向に入射する光線を反射する特性を有する。これに加えて、入射および反射光線はレトロリフレクタの対称点の周囲に対称に置かれてもよい。例えば、オープンエアコーナキューブレトロリフレクタの場合、レトロリフレクタの対称点はコーナキューブの頂点である。ガラス製コーナキューブレトロリフレクタでは、対称点はまた頂点であるが、この場合、ガラスと空気の界面において光が曲がることを考慮する必要がある。屈折率が2.0のキャットアイレトロリフレクタでは、対称点は球心にある。共通平面上に対称に設置された2つのガラス製半球から作られるキャットアイレトロリフレクタでは、対称点はその平面上の、各半球の球心に位置する点である。重要な点は、レーザトラッカと通常使用されるレトロリフレクタの種類に関して、レトロリフレクタによってトラッカに戻される光は、入射レーザビームに関して頂点の反対側にシフトする。   Retroreflectors of the type described herein, such as corner cubes or cat eye retroreflectors, have the property of reflecting light incident on the retroreflector in a direction parallel to the incident light. In addition, incident and reflected rays may be placed symmetrically around the symmetry point of the retroreflector. For example, in the case of an open air corner cube retroreflector, the symmetry point of the retroreflector is the vertex of the corner cube. In a glass corner cube retroreflector, the symmetry point is also the apex, but in this case it is necessary to consider that light bends at the glass-air interface. In a cat-eye retroreflector with a refractive index of 2.0, the symmetry point is at the center of the sphere. In a cat-eye retroreflector made of two glass hemispheres placed symmetrically on a common plane, the symmetry point is a point located at the center of each hemisphere on that plane. Importantly, with respect to the type of retroreflector normally used with laser trackers, the light returned by the retroreflector to the tracker is shifted to the opposite side of the apex with respect to the incident laser beam.

図3のレトロリフレクタ90のこの挙動は、レーザトラッカによるレトロリフレクタのトラッキングの根拠である。位置センサは、その表面上に理想的な引き返し点を有する。理想的な引き返し点は、レトロリフレクタの対称点(例えば、SMRの中のコーナキューブレトロリフレクタの頂点)に送られたレーザビームが戻る点である。通常、引き返し点は位置センサの中心付近にある。レーザビームがレトロリフレクタの片側に送られる場合、これは反対側に後方反射し、位置センサの引き返し点からずれて見える。位置センサ上の光回帰ビームの位置を知ることによって、レーザトラッカ10の制御システムは、モータに光ビームをレトロリフレクタの対称点に向かって移動させることができる。   This behavior of the retroreflector 90 of FIG. 3 is the basis for tracking the retroreflector by the laser tracker. The position sensor has an ideal turn point on its surface. The ideal turn-back point is the point where the laser beam sent to the retroreflector symmetry point (eg, the apex of the corner cube retroreflector in the SMR) returns. Usually, the turning point is near the center of the position sensor. When the laser beam is sent to one side of the retroreflector, it reflects back to the other side and appears to be offset from the return point of the position sensor. By knowing the position of the light return beam on the position sensor, the control system of the laser tracker 10 can cause the motor to move the light beam toward the point of symmetry of the retroreflector.

レトロリフレクタがトラッカを一定の速度で横切ると、レトロリフレクタでのビームは(過渡応答が落ち着いた後)、レトロリフレクタの対称点から一定の距離だけずれてレトロリフレクタに当たる。レーザトラッカは、制御された測定から得られるスケール係数に基づいて、および位置センサ上の光ビームから理想的な引き返し点までの距離に基づいて、このずれの距離を考慮した補正を行う。   As the retroreflector traverses the tracker at a constant speed, the beam at the retroreflector (after the transient response has settled) strikes the retroreflector a certain distance away from the retroreflector's symmetry point. The laser tracker performs a correction considering the distance of this deviation based on the scale factor obtained from the controlled measurement and based on the distance from the light beam on the position sensor to the ideal return point.

上で説明したように、位置検出器は2つの重要な機能を果たす。すなわち、トラッキングを可能にすることと、レトロリフレクタの移動を考慮して測定値を補正することである。位置検出器内の位置センサは、位置を測定できればどの種類の装置であってもよい。たとえば、位置センサは位置感知検出器でも、感光素子アレイでもよい。位置感知検出器は、例えばラテラルエフェクト検出器であっても、4分割検出器であってもよい。感光素子アレイは、例えばCMOSまたはCCDアレイであってもよい。   As explained above, the position detector performs two important functions. That is, enabling tracking and correcting the measured value in consideration of the movement of the retroreflector. The position sensor in the position detector may be any kind of device as long as the position can be measured. For example, the position sensor may be a position sensitive detector or a photosensitive element array. The position sensitive detector may be, for example, a lateral effect detector or a quadrant detector. The photosensitive element array may be, for example, a CMOS or CCD array.

ある実施形態において、ビームスプリッタ145で反射されない回帰光はビームエクスパンダ140を通過し、それによってより小さくなる。他の実施形態において、位置検出器と距離計の位置が逆転され、それによってビームスプリッタ145によって反射された光は距離計へと進み、ビームスプリッタを透過した光は位置検出器へと進む。   In some embodiments, the regressed light that is not reflected by the beam splitter 145 passes through the beam expander 140 and thereby becomes smaller. In other embodiments, the positions of the position detector and rangefinder are reversed so that the light reflected by the beam splitter 145 travels to the rangefinder and the light transmitted through the beam splitter travels to the position detector.

光は任意選択によるIFMを通り、アイソレータを通り、可視光源110に入る。この段階で、光パワーは十分に小さいため、可視光源110を不安定にしない。   The light passes through the optional IFM, through the isolator, and enters the visible light source 110. At this stage, the optical power is sufficiently small so that the visible light source 110 is not unstable.

ある実施形態において、可視光源110からの光は図5のビーム入射射出部170を通じて射出される。ファイバ入射射出部は、光源110の出力またはアイソレータ115の光ファイバ出力に取り付けられてもよい。   In an embodiment, the light from the visible light source 110 is emitted through the beam incident emission unit 170 of FIG. The fiber entrance / exit section may be attached to the output of the light source 110 or the optical fiber output of the isolator 115.

ある実施形態において、図3のファイバ網166は図8Bの先行技術のファイバ網420Bである。ここで、図3の光ファイバ184、186、168、169は、図8Bの光ファイバ443、444、424、422に対応する。図8Bのファイバ網は図8Aのファイバ網と同様であるが、図8Bのファイバ網は2つのファイバカプラの代わりに1つのファイバカプラを有する。図8Bの図8Aと比較した利点は単純さであるが、図8Bのほうが、不要な光の後方反射が光ファイバ422と424に入る可能性がより高い。   In some embodiments, the fiber network 166 of FIG. 3 is the prior art fiber network 420B of FIG. 8B. Here, the optical fibers 184, 186, 168, 169 in FIG. 3 correspond to the optical fibers 443, 444, 424, 422 in FIG. 8B. The fiber network of FIG. 8B is similar to the fiber network of FIG. 8A, but the fiber network of FIG. 8B has one fiber coupler instead of two fiber couplers. The advantage of FIG. 8B compared to FIG. 8A is simplicity, but FIG. 8B is more likely to cause unwanted back reflections of light into the optical fibers 422 and 424.

ある実施形態において、図3のファイバ網166は図8Cのファイバ網420Cである。ここで、図3の光ファイバ184、186、168、169は図8Cの光ファイバ447、455、423、424に対応する。ファイバ網420Cは、第一のファイバカプラ445と第二のファイバカプラ451を含む。第一のファイバカプラ445は2×2カプラであり、2つの入力ポートと2つの出力ポートを有する。この種のカプラは通常、2つのファイバコアを密接に近付けて設置し、その後加熱しながら線引きすることによって製作される。このようにして、ファイバ間のエバネッセント結合によって、光の所望の部分を隣接するファイバに分けることができる。第二のファイバカプラ451はサーキュレータと呼ばれる種類である。これは3つのポートを有し、その各々が光を送信または受信できるが、指定された方向に限られる。例えば、光ファイバ448上の光はポート453に入り、矢印で示されるようにポート454に運ばれる。ポート454では、光は光ファイバ455に送信されてもよい。同様に、光ファイバ455上で送られる光はポート454に入り、矢印の方向でポート456に向かって伝送されてもよく、ここで一部の光が光ファイバ424に伝送されてもよい。必要なポートが3つのみでよい場合、サーキュレータ451の光パワーの損失は、2×2カプラの場合より小さくなる可能性がある。他方で、サーキュレータ451は2×2カプラより高価でありえ、また、偏波モード分散が生じる可能性があり、これは状況によっては問題となりうる。   In some embodiments, the fiber network 166 of FIG. 3 is the fiber network 420C of FIG. 8C. Here, the optical fibers 184, 186, 168, and 169 in FIG. 3 correspond to the optical fibers 447, 455, 423, and 424 in FIG. 8C. The fiber network 420 </ b> C includes a first fiber coupler 445 and a second fiber coupler 451. The first fiber coupler 445 is a 2 × 2 coupler and has two input ports and two output ports. This type of coupler is usually manufactured by placing two fiber cores in close proximity and then drawing while heating. In this way, the desired portion of light can be separated into adjacent fibers by evanescent coupling between the fibers. The second fiber coupler 451 is of a type called a circulator. It has three ports, each of which can transmit or receive light, but only in specified directions. For example, light on optical fiber 448 enters port 453 and is carried to port 454 as indicated by the arrow. At port 454, light may be transmitted over optical fiber 455. Similarly, light sent over optical fiber 455 may enter port 454 and be transmitted toward port 456 in the direction of the arrow, where some light may be transmitted to optical fiber 424. If only three ports are required, the optical power loss of the circulator 451 may be smaller than in the case of a 2 × 2 coupler. On the other hand, the circulator 451 can be more expensive than a 2 × 2 coupler, and polarization mode dispersion can occur, which can be problematic in some circumstances.

図9と10は、参照によって本願に援用されるBridgeらの米国特許出願公開第2010/0128259号の図2と3に示される先行技術のレーザトラッカ2100の、それぞれ分解図と断面図を示す。アジマスアセンブリ2110は、支柱筐体2112と、アジマスエンコーダアセンブリ2120と、下側および上側アジマスベアリング2114A、2114Bと、アジマスモータアセンブリ2125と、アジマススリップリングアセンブリ2130と、アジマス回路板2135と、を含む。   FIGS. 9 and 10 show an exploded view and a cross-sectional view, respectively, of the prior art laser tracker 2100 shown in FIGS. 2 and 3 of Bridge et al. US 2010/0128259, incorporated herein by reference. The azimuth assembly 2110 includes a column housing 2112, an azimuth encoder assembly 2120, lower and upper azimuth bearings 2114 A, 2114 B, an azimuth motor assembly 2125, an azimuth slip ring assembly 2130, and an azimuth circuit board 2135.

アジマスエンコーダアセンブリ2120の目的は、支柱筐体2112に関するヨーク2142の回転角度を正確に測定することである。アジマスエンコーダアセンブリ2120は、エンコーダディスク2121と、読取ヘッドアセンブリ2122と、を含む。エンコーダディスク2121は、ヨーク筐体2142のシャフトに取り付けられ、読取ヘッドアセンブリ2122はポストアセンブリ2110に取り付けられる。読取ヘッドアセンブリ2122は回路板を含み、その上に1つまたは複数の読取ヘッドが固定される。読取ヘッドから送られたレーザ光は、エンコーダディスク2121の微細格子線で反射される。エンコーダの読取ヘッド上の検出器によりピックアップされる反射光は処理されて、固定された読取ヘッドに関して回転するエンコーダディスクの角度が特定される。   The purpose of the azimuth encoder assembly 2120 is to accurately measure the rotation angle of the yoke 2142 relative to the column housing 2112. The azimuth encoder assembly 2120 includes an encoder disk 2121 and a read head assembly 2122. The encoder disk 2121 is attached to the shaft of the yoke housing 2142, and the read head assembly 2122 is attached to the post assembly 2110. Read head assembly 2122 includes a circuit board on which one or more read heads are secured. The laser beam sent from the reading head is reflected by the fine grid lines of the encoder disk 2121. The reflected light picked up by the detector on the encoder read head is processed to determine the angle of the encoder disk that rotates with respect to the fixed read head.

アジマスモータアセンブリ2125は、アジマスモータロータ2126と、アジマスモータステータ2127と、を含む。アジマスモータロータは、ヨーク筐体2142のシャフトに直接取り付けられた永久磁石を含む。アジマスモータステータ2127は磁界巻線を含み、これが所定の磁界を生成する。この磁界がアジマスモータロータ2126の磁石と相互作用して、所望の回転運動を発生させる。アジマスモータステータ2127は、支柱フレーム2112に取り付けられる。   The azimuth motor assembly 2125 includes an azimuth motor rotor 2126 and an azimuth motor stator 2127. The azimuth motor rotor includes a permanent magnet attached directly to the shaft of the yoke housing 2142. The azimuth motor stator 2127 includes magnetic field windings that generate a predetermined magnetic field. This magnetic field interacts with the magnets of the azimuth motor rotor 2126 to produce the desired rotational motion. The azimuth motor stator 2127 is attached to the support frame 2112.

アジマス回路板2135は、エンコーダやモータ等のアジマス構成部品によって必要とされる電気的機能を提供する1つまたは複数の回路板を表す。アジマススリップリングアセンブリ2130は、外側部分2131と内側部分2132を含む。ある実施形態において、ワイヤ束2138は、補助ユニットプロセッサ50から出る。ワイヤ束2138は、トラッカへの電源または、トラッカへの、およびそこからの信号を伝送してもよい。ワイヤ束2138のワイヤの一部は回路板上のコネクタに案内されてもよい。図10に示される例において、ワイヤはアジマス回路板2135、エンコーダ読取ヘッドアセンブリ2122、アジマスモータアセンブリ2125に引き回される。他のワイヤは、スリップリングアセンブリ2130の内側部分2132に引き回される。内側部分2132は、支柱アセンブリ2110に取り付けられ、その結果、静止したままとなる。外側部分2131はヨーク筐体2140に取り付けられ、したがって、内側部分2132に関して回転する。スリップリングアセンブリ2130は、外側部分2131が内側部分2132に関して回転する際に、低インピーダンス電気接触を可能にするように設計される。   The azimuth circuit board 2135 represents one or more circuit boards that provide the electrical functions required by azimuth components such as encoders and motors. The azimuth slip ring assembly 2130 includes an outer portion 2131 and an inner portion 2132. In some embodiments, the wire bundle 2138 exits the auxiliary unit processor 50. Wire bundle 2138 may transmit power to or from the tracker. A part of the wires of the wire bundle 2138 may be guided to a connector on the circuit board. In the example shown in FIG. 10, the wire is routed to the azimuth circuit board 2135, the encoder read head assembly 2122, and the azimuth motor assembly 2125. Another wire is routed to the inner portion 2132 of the slip ring assembly 2130. Inner portion 2132 is attached to post assembly 2110 so that it remains stationary. Outer portion 2131 is attached to yoke housing 2140 and thus rotates relative to inner portion 2132. Slip ring assembly 2130 is designed to allow low impedance electrical contact as outer portion 2131 rotates relative to inner portion 2132.

セニスアセンブリ2140は、ヨーク筐体2142と、セニスエンコーダアセンブリ2150と、左右のゼニスベアリング2144A、2144Bと、ゼニスモータアセンブリ2155と、セニススリップリングアセンブリ2160と、ゼニス回路板2165と、を含む。   The zenith assembly 2140 includes a yoke housing 2142, a zenith encoder assembly 2150, left and right zenith bearings 2144A, 2144B, a zenith motor assembly 2155, a senis slip ring assembly 2160, and a zenith circuit board 2165. .

ゼニスエンコーダアセンブリ2150の目的は、ペイロードフレーム2172のヨーク筐体2142に関する回転角度を正確に測定することである。ゼニスエンコーダアセンブリ2150は、ゼニスエンコーダディスク2151と、ゼニス読取ヘッドアセンブリ2152と、を含む。エンコーダディスク2151はペイロード筐体2142に取り付けられ、読取ヘッドアセンブリ2152はヨーク筐体2142に取り付けられる。ゼニス読取ヘッドアセンブリ2152は回路板を含み、その上に1つまたは複数の読取ヘッドが固定される。読取ヘッドから送られたれレーザ光は、エンコーダディスク2151上の微細格子線で反射される。エンコーダ読取ヘッド上の検出器によってピックアップされた反射光は処理されて、固定された読取ヘッドに関して回転するエンコーダディスクの角度が特定される。   The purpose of the Zenith encoder assembly 2150 is to accurately measure the rotation angle of the payload frame 2172 relative to the yoke housing 2142. Zenith encoder assembly 2150 includes a Zenith encoder disk 2151 and a Zenith readhead assembly 2152. The encoder disk 2151 is attached to the payload housing 2142 and the read head assembly 2152 is attached to the yoke housing 2142. Zenith readhead assembly 2152 includes a circuit board on which one or more readheads are secured. The laser beam sent from the reading head is reflected by the fine lattice lines on the encoder disk 2151. The reflected light picked up by the detector on the encoder read head is processed to determine the angle of the encoder disk that rotates with respect to the fixed read head.

ゼニスモータアセンブリ2155は、ゼニスモータロータ2156と、ゼニスモータステータ2157と、を含む。ゼニスモータロータ2156は、ペイロードフレーム2172のシャフトに直接取り付けられた永久磁石を含む。ゼニスモータステータ2157は磁界巻線を含み、これが所定の磁界を生成する。この磁界はロータ磁石と相互作用して、所望の回転運動を発生させる。ゼニスモータステータ2157はヨークフレーム2142に取り付けられる。   Zenith motor assembly 2155 includes a Zenith motor rotor 2156 and a Zenith motor stator 2157. Zenith motor rotor 2156 includes a permanent magnet attached directly to the shaft of payload frame 2172. Zenith motor stator 2157 includes magnetic field windings that generate a predetermined magnetic field. This magnetic field interacts with the rotor magnet to produce the desired rotational motion. Zenith motor stator 2157 is attached to yoke frame 2142.

ゼニス回路板2165は1つまたは複数の回路板を表し、これはエンコーダやモータ等のゼニス構成要素により必要とされる電気的機能を提供する。ゼニススリップリングアセンブリ2160は、外側部分2161と内側部分2162を含む。ワイヤ束2168は、アジマス外側スリップリング2131から出て、電源または信号を伝えてもよい。ワイヤ束2168のワイヤの一部は、回路板上のコネクタに案内されてもよい。図10に示される例において、ワイヤはゼニス回路板2165、ゼニスモータアセンブリ2150、エンコーダ読取ヘッドアセンブリ2152に引き回される。その他のワイヤは、スリップリングアセンブリ2160の内側部分2162に引き回される。内側部分2162はヨークフレーム2142に取り付けられ、その結果、アジマス角度だけで回転し、セニス角度では回転しない。外側部分2161はペイロードフレーム2172に取り付けられ、その結果、ゼニスおよびアジマス角度の両方に回転する。スリップリングアセンブリ2160は、外側部分2161が内側部分2162に関して回転する時に低インピーダンス電気コンタクトが可能となるように設計される。ペイロードアセンブリ2170は、主要光学系アセンブリ2180と、二次的光学系アセンブリ2190と、を含む。   Zenith circuit board 2165 represents one or more circuit boards, which provide the electrical functions required by Zenith components such as encoders and motors. Zenith slip ring assembly 2160 includes an outer portion 2161 and an inner portion 2162. The wire bundle 2168 may exit the azimuth outer slip ring 2131 and carry power or signals. A portion of the wires of wire bundle 2168 may be guided to a connector on the circuit board. In the example shown in FIG. 10, the wire is routed to the Zenith circuit board 2165, the Zenith motor assembly 2150, and the encoder readhead assembly 2152. The other wires are routed to the inner portion 2162 of the slip ring assembly 2160. Inner portion 2162 is attached to yoke frame 2142 so that it rotates only at the azimuth angle and not at the senis angle. Outer portion 2161 is attached to payload frame 2172 so that it rotates to both zenith and azimuth angles. The slip ring assembly 2160 is designed to allow low impedance electrical contact when the outer portion 2161 rotates with respect to the inner portion 2162. Payload assembly 2170 includes a primary optics assembly 2180 and a secondary optics assembly 2190.

図11は、寸法測定電子部品処理システム1500を示すブロック図であり、これはレーザトラッカ電子部品処理システム1510と、周辺要素1582、1584、1586の処理システムと、コンピュータ1590と、ここでは雲で示されているその他のネットワーク接続された構成部品1600と、を含む。例示的なレーザトラッカ電子部品処理システム1510は、マスタプロセッサ1520と、ペイロード機能電子部品1530と、アジマスエンコーダ電子部品1540と、ゼニスエンコーダ電子部品1550と、ディスプレイおよびユーザインタフェース(UI)電子部品1560と、取り外し可能な記憶ハードウェア1565と、無線周波数識別(RFID)電子機器と、アンテナ1572と、を含む。ペイロード機能電子部品1530は多数の副機能を含み、これには6−DOF電子部品1531と、カメラ電子部品1532と、ADM電子部品1533と、位置検出器(PSD)電子部品1534と、レベル電子部品1535と、が含まれる。副機能のほとんどは少なくとも1つのプロセッサユニットを有し、これは例えばデジタル信号プロセッサ(DSP)またはフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)であってもよい。電子部品ユニット1530、1540、1550は図のように分離しており、それはレーザトラッカ内のその位置による。ある実施形態では、ペイロード機能1530は図9、10のペイロード2170の中にあり、アジマスエンコーダ電子部品1540はアジマスアセンブリ2110の中にあり、ゼニスエンコーダ電子部品1550はゼニスアセンブリ2140の中にある。   FIG. 11 is a block diagram illustrating a dimensioning electronic component processing system 1500, which is a laser tracker electronic component processing system 1510, a processing system for peripheral elements 1582, 1584, 1586, a computer 1590, and here illustrated by a cloud. Other networked components 1600 that are connected. An exemplary laser tracker electronics processing system 1510 includes a master processor 1520, payload function electronics 1530, azimuth encoder electronics 1540, Zenith encoder electronics 1550, display and user interface (UI) electronics 1560, Removable storage hardware 1565, radio frequency identification (RFID) electronics, and antenna 1572 are included. Payload functional electronic component 1530 includes a number of sub-functions including 6-DOF electronic component 1531, camera electronic component 1532, ADM electronic component 1533, position detector (PSD) electronic component 1534, and level electronic component. 1535. Most of the subfunctions have at least one processor unit, which may be, for example, a digital signal processor (DSP) or a field programmable gate array (FPGA). The electronic component units 1530, 1540, 1550 are separated as shown, depending on their position in the laser tracker. In some embodiments, the payload function 1530 is in the payload 2170 of FIGS. 9 and 10, the azimuth encoder electronics 1540 is in the azimuth assembly 2110, and the zenith encoder electronics 1550 is in the zenith assembly 2140.

多くの種類の周辺機器が可能であるが、ここではそのような機器が3つ示されている。すなわち、温度センサ1582と、6−DOFプローブ1584と、例えばスマートフォンであってもよい携帯情報端末1586である。レーザトラッカは周辺機器と様々な方法で通信してもよく、これにはアンテナ1572を通じた無線通信、カメラ等の視覚的シスムによる方法、6−DOFプローブ1584等の協働ターゲットまでの距離と角度読取値による方法等が含まれる。周辺機器はプロセッサを含んでいてもよい。6−DOF用アクセサリとしては、6−DOFプローブアセンブリ、6−DOFスキャナ、6−DOFプロジェクタ、6−DOSセンサ、6−DOFインディケータ等が含まれていてもよい。これらの6−DOF機器のプロセッサは、レーザトラッカ内の処理装置および外部コンピュータおよびクラウド処理リソースと共用されてもよい。一般に、レーザトラッカプロセッサまたは測定機器プロセッサという用語が使用される場合、これは可能な外部コンピュータとクラウドサポート機能を含むものとする。   Many types of peripheral devices are possible, but three such devices are shown here. That is, a temperature sensor 1582, a 6-DOF probe 1584, and a portable information terminal 1586 that may be a smartphone, for example. The laser tracker may communicate with peripheral devices in a variety of ways, including wireless communication through antenna 1572, a visual system such as a camera, and the distance and angle to a collaborative target such as a 6-DOF probe 1584. A method based on a reading value is included. The peripheral device may include a processor. The 6-DOF accessory may include a 6-DOF probe assembly, a 6-DOF scanner, a 6-DOF projector, a 6-DOS sensor, a 6-DOF indicator, and the like. The processors of these 6-DOF devices may be shared with processing devices in the laser tracker and external computers and cloud processing resources. In general, where the term laser tracker processor or measurement instrument processor is used, this shall include possible external computers and cloud support functions.

ある実施形態において、別の通信バスはマスタプロセッサ1520から電子部品ユニット1530、1540、1550、1560、1565、1570の各々に至る。各通信線は例えば、3つのシリアル回線を有していてもよく、これにはデータ線、クロック線、フレーム線が含まれる。フレーム線は、電子機器ユニットがクロック線に注意を払うべきか否かを示す。それが、注意を払うべきであることを示している場合、電子部品ユニットは、各クロック信号でのデータ線の電流値を読み取る。クロック信号は、例えばクロックパルスの立ち上がりエッジに対応してもよい。ある実施形態において、情報はパケットの形態でデータ線により伝送される。ある実施形態において、各パケットはアドレス、数値、データメッセージ、チェックサムを含む。アドレスは、電子部品ユニットの中で、データメッセージの送信先となる場所を示す。その位置は、例えば電子部品ユニット内のプロセッササブルーチンに対応していてもよい。数値は、データメッセージの長さを示す。データメッセージには、電子部品ユニットが伝送するべきデータまたは命令が含まれる。チェックサムは、エラーが通信線に伝送される機会を最小限にするために使用される数値である。   In some embodiments, another communication bus extends from the master processor 1520 to each of the electronic component units 1530, 1540, 1550, 1560, 1565, 1570. Each communication line may have, for example, three serial lines, including a data line, a clock line, and a frame line. The frame line indicates whether the electronic device unit should pay attention to the clock line. If it indicates that care should be taken, the electronic component unit reads the current value of the data line at each clock signal. The clock signal may correspond to, for example, a rising edge of a clock pulse. In certain embodiments, information is transmitted over data lines in the form of packets. In some embodiments, each packet includes an address, a numeric value, a data message, and a checksum. The address indicates a location to which the data message is to be transmitted in the electronic component unit. The position may correspond to, for example, a processor subroutine in the electronic component unit. The numerical value indicates the length of the data message. The data message includes data or instructions to be transmitted by the electronic component unit. The checksum is a numerical value that is used to minimize the chance that an error is transmitted over the communication line.

ある実施形態において、マスタプロセッサ1520は、バス1610上でペイロード機能電子部品1530に、バス1611上でアジマスエンコーダ電子部品1540に、バス1612上でゼニスエンコーダ電子部品1550に、バス1613上でディスプレイとUI電子部品1560に、バス1614上で取り外し可能な記憶ハードウェア1565に、バス1616上でRFIDおよび無線電子部品1570に情報パケットを送信する。   In some embodiments, the master processor 1520 may include the payload function electronics 1530 on the bus 1610, the azimuth encoder electronics 1540 on the bus 1611, the Zenith encoder electronics 1550 on the bus 1612, and the display and UI on the bus 1613. Information packets are sent to electronic component 1560, removable storage hardware 1565 on bus 1614, and RFID and wireless electronic component 1570 on bus 1616.

ある実施形態において、マスタプロセッサ1520はまた、synchバス1630上でsynch(同期)パルスを電子部品ユニットの各々に同時に送信する。synchパルスにより、レーザトラッカの測定機能によって収集される数値を同期することができる。例えば、アジマスエンコーダ電子部品1540とゼニス電子部品1550は、synchパルスを受信するとすぐにそのエンコーダの値をラッチする。同様に、ペイロード機能電子部品1530は、ペイロードに含まれる電子部品により収集されるデータをラッチする。6−DOF、ADM、位置検出器はすべて、synchパルスが供給されるとデータをラッチする。ほとんどの場合、カメラと傾斜計はsynchパルス繰り返し数より低速でデータを収集するが、synchパルス周期の倍数でデータをラッチしてもよい。   In some embodiments, the master processor 1520 also transmits a sync pulse on each of the electronic component units simultaneously on the sync bus 1630. The sync pulse allows the numerical values collected by the laser tracker measurement function to be synchronized. For example, azimuth encoder electronics 1540 and Zenith electronics 1550 latch their encoder values as soon as a sync pulse is received. Similarly, the payload function electronic component 1530 latches data collected by the electronic component included in the payload. 6-DOF, ADM, and position detectors all latch data when a sync pulse is applied. In most cases, the camera and inclinometer collect data at a slower rate than the sync pulse repetition rate, but data may be latched at multiples of the sync pulse period.

アジマスエンコーダ電子部品1540とゼニスエンコーダ電子部品1550は、相互に、およびペイロード電子部品1530から、図9、10に示されるスリップリング2130、2160によって分離される。そのために、図11ではバス線1610、1611、1612が別々のバス線として描かれている。   Azimuth encoder electronics 1540 and Zenith encoder electronics 1550 are separated from each other and from payload electronics 1530 by slip rings 2130, 2160 shown in FIGS. Therefore, in FIG. 11, the bus lines 1610, 1611 and 1612 are depicted as separate bus lines.

レーザトラッカ電子部品処理システム1510は、外部コンピュータ1590と通信しても、レーザトラッカ内の演算、ディスプレイ、UI機能を提供してもよい。レーザトラッカは、例えばイーサネット(登録商標)回線または無線通信等とすることのできる通信リンク1606上でコンピュータ1590と通信してもよい。レーザトラッカはまた、雲により示されるその他の要素1600と、イーサネットケーブル、1つまたは複数の無線接続等の通信リンク1602と通信してもよい。要素1600の一例は、他の三次元試験機器、例えば関節アーム式CMMであり、これはレーザトラッカによって移動されてもよい。コンピュータ1590と要素1600の間の通信リンク1604は、有線(例えば、イーサネット)でも無線でもよい。遠隔コンピュータ1590の前に座っているオペレータは、雲1600で示されているインターネットにイーサネットまたは無線により接続してもよく、これらはイーサネットまたは無線でマスタプロセッサ1520に接続されている。このようにして、使用者は遠隔レーザトラッカの動作を制御できる。   The laser tracker electronic component processing system 1510 may communicate with the external computer 1590 or provide the calculation, display, and UI functions in the laser tracker. The laser tracker may communicate with the computer 1590 over a communication link 1606, which may be, for example, an Ethernet line or wireless communication. The laser tracker may also communicate with other elements 1600 indicated by clouds and a communication link 1602 such as an Ethernet cable, one or more wireless connections. An example of element 1600 is other three-dimensional test equipment, such as an articulated arm CMM, which may be moved by a laser tracker. Communication link 1604 between computer 1590 and element 1600 may be wired (eg, Ethernet) or wireless. An operator sitting in front of remote computer 1590 may connect to the Internet, indicated by cloud 1600, via Ethernet or wireless, which is connected to master processor 1520 via Ethernet or wireless. In this way, the user can control the operation of the remote laser tracker.

レーザトラッカでは今日、1つの可視波長(通常、赤)と1つの赤外波長がADMに使用されている。赤波長は干渉計での使用と赤ポインタビームの提供のための使用に適した周波数安定化ヘリウムネオン(HeNe)レーザにより供給されてもよい。あるいは、赤波長は、ポインタビームとしての役割を果たすダイオードレーザにより供給されてもよい。2つの光源を使用する場合の欠点は、追加の光源、ビームスプリッタ、アイソレータ、その他の構成部品によって必要となる余分な空間とコスト増大である。2つの光源を使用する場合の他の欠点は、ビームが進む経路全体にわたって2つの光ビームを完璧に整合させるのは難しいことである。これは様々な問題の原因となりえ、例えば、異なる波長で動作する異なるサブシステムから良好な性能を同時に得ることができない。1つの光源を使用し、それによって上記の欠点を排除したシステムが、図12Aの光電子システム500に示されている。   Laser trackers today use one visible wavelength (usually red) and one infrared wavelength for ADM. The red wavelength may be supplied by a frequency stabilized helium neon (HeNe) laser suitable for use in an interferometer and for providing a red pointer beam. Alternatively, the red wavelength may be supplied by a diode laser that serves as a pointer beam. The disadvantage of using two light sources is the extra space and cost required by the additional light sources, beam splitters, isolators, and other components. Another drawback when using two light sources is that it is difficult to perfectly align the two light beams over the entire path they travel. This can cause various problems, for example, good performance cannot be obtained simultaneously from different subsystems operating at different wavelengths. A system that uses one light source and thereby eliminates the above disadvantages is shown in the optoelectronic system 500 of FIG. 12A.

図12Aは、可視光源110と、アイソレータ115と、ファイバ網420と、ADM電子部品530と、ファイバ入射射出部170と、ビームスプリッタ145と、位置検出器150と、を含む。可視光源110は、例えば赤または緑ダイオードレーザまたは垂直キャビティ面発光レーザ(VCSEL)であってもよい。アイソレータは、ファラデーアイソレータ、減衰器、または、光源に戻される光の量を十分に減少させることのできるその他の機器の何れであってもよい。アイソレータ115からの光はファイバ網420へと進み、これはある実施形態において、図8Aのファイバ網420Aである。   FIG. 12A includes a visible light source 110, an isolator 115, a fiber network 420, an ADM electronic component 530, a fiber incidence / emission unit 170, a beam splitter 145, and a position detector 150. Visible light source 110 may be, for example, a red or green diode laser or a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL). The isolator may be a Faraday isolator, an attenuator, or any other device that can sufficiently reduce the amount of light returned to the light source. The light from the isolator 115 travels to the fiber network 420, which in one embodiment is the fiber network 420A of FIG. 8A.

図12Bは、光電子システム400のある実施形態を示しており、その中では単一波長の光が使用されているが、変調は光源の直接変調によらず、光の電気光学的変調によって行われる。光電子システム400は、可視光源110と、アイソレータ115と、電気光学的変調器410と、ADM電子部品475と、ファイバ網420と、ファイバ入射射出部170と、ビームスプリッタ145と、位置検出器150と、を含む。可視光源110は、例えば赤または緑のレーザダイオードであってもよい。レーザ光はアイソレータ115を通じて送られ、これは例えばファラデーアイソレータまたは減衰器であってもよい。アイソレータ115は、その入力および出力ポートにおいて結合されるファイバであってもよい。アイソレータ115は光を電気光学的変調器410に送り、これは光を、最大10GHzまたは所望に応じてそれ以上の選択された周波数に変調する。ADM電子部品475からの電気信号476は、電気光学的変調器410の中の変調を駆動する。電気光学的変調器410からの変調光はファイバ網420へと進み、これは前述のようなネットワーク420A、420B、420Cまたは420Dであってもよい。光の一部は光ファイバ422を通じてADM電子部品475の参照チャネルへと進む。光の別の部分はトラッカから出て、レトロリフレクタ90で反射され、トラッカに戻り、ビームスプリッタ145に到達する。光のうちの少量がビームスプリッタで反射され、位置検出器150へと進み、これについては図6A〜Fに関して上述した。光の一部はビームスプリッタ145を通ってファイバ入射射出部170に入り、ファイバ網420を通じて光ファイバ424に入り、また、ADM電子部品475の測定チャネルに入る。一般に、図12Aのシステム500は、図12Bのシステム400より安価に製造できるが、電気光学的変調器410は、より高い変調周波数を実現できる可能性があり、これは場合によっては有利となりうる。   FIG. 12B shows an embodiment of an optoelectronic system 400 in which single wavelength light is used, but the modulation is not by direct modulation of the light source but by electro-optic modulation of the light. . The optoelectronic system 400 includes a visible light source 110, an isolator 115, an electro-optic modulator 410, an ADM electronic component 475, a fiber network 420, a fiber entrance / exit unit 170, a beam splitter 145, and a position detector 150. ,including. The visible light source 110 may be, for example, a red or green laser diode. The laser light is sent through an isolator 115, which may be, for example, a Faraday isolator or an attenuator. The isolator 115 may be a fiber that is coupled at its input and output ports. The isolator 115 sends the light to the electro-optic modulator 410, which modulates the light up to a selected frequency up to 10 GHz or as desired. The electrical signal 476 from the ADM electronics 475 drives the modulation in the electro-optic modulator 410. The modulated light from electro-optic modulator 410 travels to fiber network 420, which may be network 420A, 420B, 420C or 420D as described above. Part of the light travels through the optical fiber 422 to the reference channel of the ADM electronic component 475. Another part of the light exits the tracker, is reflected by the retro-reflector 90, returns to the tracker and reaches the beam splitter 145. A small amount of light is reflected by the beam splitter and travels to position detector 150, which was described above with respect to FIGS. Part of the light enters the fiber entrance and exit 170 through the beam splitter 145, enters the optical fiber 424 through the fiber network 420, and enters the measurement channel of the ADM electronic component 475. In general, the system 500 of FIG. 12A can be manufactured less expensively than the system 400 of FIG. 12B, but the electro-optic modulator 410 may be able to achieve higher modulation frequencies, which may be advantageous in some cases.

図13は、ロケータカメラシステム950と光電子システム900のある実施形態を示しており、方位カメラ910が3Dレーザトラッカの高電子機能と組み合わされて、6自由度測定を行う。光電子システム900は、可視光源905と、アイソレータ910と、任意選択による電気光学的変調器410と、ADM電子部品715と、ファイバ網420と、ファイバ入射射出部170と、ビームスプリッタ145と、位置検出器150と、ビームスプリッタ922と、方位カメラ910と、を含む。可視光源からの光は光ファイバ980の中に発生され、アイソレータ910を通って進み、これは入力および出力ポートに連結された光ファイバであってもよい。光は電気光学的変調器410を通って進み、ADM電子部品715からの電気信号716によって変調される。あるいは、ADM電子部品715は、ケーブル717上で電気信号を送信し、可視光源905を変調する。ファイバ網に入る光の一部は、ファイバ長イコライザ423と光ファイバ422を通じて進み、ADM電子部品715の参照チャネルに入る。電気信号469は任意選択によってファイバ網420に供給されてもよく、これはファイバ網420内の光ファイバスイッチに切り替え信号を供給する。光の一部はファイバネットワークからファイバ入射射出部170へと進み、これは光ファイバ上で光を自由空間に光ビーム982として送る。光のうちの少量がビームスプリッタ145で反射されて失われる。光の一部はビームスプリッタ145を通り、ビームスプリッタ922を通り、トラッカから出て、6自由度(DOF)装置4000へと進む。6−DOF装置4000は、プローブ、スキャナ、プロジェクタ、センサまたはその他の機器であってもよい。   FIG. 13 shows an embodiment of a locator camera system 950 and an optoelectronic system 900, in which an orientation camera 910 is combined with the high electronic capabilities of a 3D laser tracker to make a six degree of freedom measurement. The optoelectronic system 900 includes a visible light source 905, an isolator 910, an optional electro-optic modulator 410, an ADM electronic component 715, a fiber network 420, a fiber entrance and exit 170, a beam splitter 145, and position detection. Instrument 150, beam splitter 922, and orientation camera 910. Light from the visible light source is generated in optical fiber 980 and travels through isolator 910, which may be an optical fiber coupled to input and output ports. The light travels through electro-optic modulator 410 and is modulated by electrical signal 716 from ADM electronics 715. Alternatively, the ADM electronic component 715 transmits an electrical signal on the cable 717 and modulates the visible light source 905. Some of the light entering the fiber network travels through the fiber length equalizer 423 and the optical fiber 422 and enters the reference channel of the ADM electronics 715. Electrical signal 469 may optionally be provided to fiber network 420, which provides a switching signal to fiber optic switches in fiber network 420. Part of the light travels from the fiber network to the fiber entrance and exit 170, which sends the light over the optical fiber to free space as a light beam 982. A small amount of light is reflected by the beam splitter 145 and lost. Part of the light passes through beam splitter 145, beam splitter 922, exits the tracker, and proceeds to a six degree of freedom (DOF) device 4000. The 6-DOF device 4000 may be a probe, scanner, projector, sensor, or other device.

6−DOF装置4000からの光は、その回帰路上で光電子システム900に入り、ビームスプリッタ922に到達する。光の一部はビームスプリッタ922で反射され、方位カメラ910に入る。方位カメラ910が、レトロリフレクタターゲットに設けられたいくつかのマークの位置を記録する。これらのマークから6−DOFプローブの方位角(すなわち、3自由度)が特定される。方位カメラの原理は、本願においては以下に、また‘58号特許においても説明されている。ビームスプリッタ145では光の一部がビームスプリッタを通って進み、ファイバ入射射出部170によって光ファイバに載せられる。光はファイバ網420へと進む。この光の一部は、光ファイバ424へと進み、そこからADM電子部品715の測定チャネルに入る。   Light from the 6-DOF device 4000 enters the optoelectronic system 900 on its return path and reaches the beam splitter 922. Part of the light is reflected by the beam splitter 922 and enters the orientation camera 910. An orientation camera 910 records the position of several marks provided on the retro-reflector target. From these marks, the azimuth angle (ie, three degrees of freedom) of the 6-DOF probe is specified. The principle of the orientation camera is described below in this application and also in the '58 patent. In the beam splitter 145, part of the light travels through the beam splitter and is placed on the optical fiber by the fiber incident / emission unit 170. Light travels to the fiber network 420. Part of this light travels to the optical fiber 424 from which it enters the measurement channel of the ADM electronics 715.

ロケータカメラシステム950は、カメラ960と、1つまたは複数の光源970と、を含む。ロケータカメラシステムは図1にも示されており、そこではカメラが要素52であり、光源が要素54である。カメラは、レンズシステム962と、感光素子アレイ964と、本体966と、を含む。ロケータカメラシステム950の1つの用途は、レトロリフレクタターゲットを作業空間内で位置特定することである。それは、光源970を点滅させることによって行われ、カメラが感光素子アレイ964上の明るいスポットとしてこれをピックアップする。ロケータカメラシステム950の第二の用途は、6−DOF装置4000上のリフレクタスポットまたはLEDの観察位置に基づいて、6−DOF装置4000の大まかな方位を確定することである。2つまたはそれ以上のロケータカメラシステムをレーザトラッカ上で利用できる場合は、作業空間内での各レトロリフレクタターゲットの方向は、角測量の原理を使って計算してもよい。1つのロケータカメラを、レーザトラッカの光軸に沿って反射された光をピックアップするように設置した場合、各レトロリフレクタまでの方向が特定できる。1つのカメラをレーザトラッカの光軸から外して設置した場合、感光素子アレイ上の画像から、レトロリフレクタターゲットまでの大体の方向をすぐに得ることができる。この場合、ターゲットまでのより正確な方向は、レーザの機械軸を複数の方向に回転させて、感光素子アレイ上のスポット位置の変化を観察することによって特定できる。   Locator camera system 950 includes a camera 960 and one or more light sources 970. The locator camera system is also shown in FIG. 1, where the camera is element 52 and the light source is element 54. The camera includes a lens system 962, a photosensitive element array 964, and a body 966. One application of the locator camera system 950 is to locate a retro reflector target in the workspace. It is done by blinking the light source 970 and the camera picks it up as a bright spot on the photosensitive element array 964. A second use of the locator camera system 950 is to determine the approximate orientation of the 6-DOF device 4000 based on the reflector spot on the 6-DOF device 4000 or the observation position of the LED. If two or more locator camera systems are available on the laser tracker, the orientation of each retroreflector target in the workspace may be calculated using the principle of angular surveying. When one locator camera is installed so as to pick up the light reflected along the optical axis of the laser tracker, the direction to each retro reflector can be specified. When one camera is installed off the optical axis of the laser tracker, the general direction from the image on the photosensitive element array to the retroreflector target can be obtained immediately. In this case, the more accurate direction to the target can be specified by rotating the mechanical axis of the laser in a plurality of directions and observing changes in the spot position on the photosensitive element array.

図14Aは、6−DOFプローブ4400のある実施形態を示す。プローブ4400は、強力な磁石44433を有する磁気ネスト4432の上に設置された6−DOF SMR 4434を含む。6−DOFプローブ4400は、スタイラス4410と、本体4420と、ヘッド4430と、を含む。スタイラス4410は、プローブ先端4414と、プローブシャフト4412とを含む。ヘッド4430は、磁気ネスト4432を含み、これは、6−DOF SMR 4434をSMR中心の周囲で回転させるが、SMR中心を平行移動させないように構成される。6−DOF SMR 4434は、自立式のターゲットとして有利に使用してもよい。このようにすれば、6−DOF SMR 4434と6−DOFプローブ4400の両方を6−DOF SMRのみの場合とほとんど同じ価格で得られる。ある実施形態において、6−DOF SMRは反射面間に交線を含み、この交線はカメラ910等の方位カメラによって見える。6−DOF SMRの態様については、‘339号および‘983号特許出願においてより詳しく説明されている。一般に、6−DOFレーザトラッカは、レトロリフレクタターゲットを持つプローブの6自由度測定能力を有する。このような6−DOF測定値を得る1つの方法は、前述のように、マークをコーナキューブレトロリフレクタに組み込み、これらのマークを方位カメラで観察して、6−DOF SMRまたは6−DOFプローブの3方位自由度判定を行うことである。   FIG. 14A shows an embodiment of a 6-DOF probe 4400. The probe 4400 includes a 6-DOF SMR 4434 installed on a magnetic nest 4432 having a strong magnet 44433. The 6-DOF probe 4400 includes a stylus 4410, a main body 4420, and a head 4430. The stylus 4410 includes a probe tip 4414 and a probe shaft 4412. The head 4430 includes a magnetic nest 4432 that is configured to rotate the 6-DOF SMR 4434 around the SMR center but not translate the SMR center. 6-DOF SMR 4434 may be advantageously used as a free-standing target. In this way, both 6-DOF SMR 4434 and 6-DOF probe 4400 can be obtained at almost the same price as with 6-DOF SMR alone. In some embodiments, the 6-DOF SMR includes a line of intersection between the reflective surfaces that is visible by an orientation camera, such as camera 910. The 6-DOF SMR aspect is described in more detail in the '339 and' 983 patent applications. In general, 6-DOF laser trackers have the six-degree-of-freedom measurement capability of probes with retro-reflector targets. One way to obtain such 6-DOF measurements is to incorporate marks into a corner cube retro-reflector, as described above, and observe these marks with a azimuth camera to obtain a 6-DOF SMR or 6-DOF probe. This is to determine the degree of freedom in three directions.

3方位自由度判定を行うための他の方法も使用してよい。本願において、方位センサという用語は、レーザトラッカと共用して、3方位自由度判定を行うことが可能な機器のすべてを指すものとする。3方位自由度判定を行うための他の方法の第一の例は、少なくとも3つの光の点を、レトロリフレクタを含むプローブ上に置くことである。光の点を観察することにより、ある構成によって、3方位自由度判定が可能となる。3方位自由度判定のための代替的方法の第二の例は、2つのセンサ方法の組み合わせを使用するものである。第一のセンサ方法は、コーナキューブレトロリフレクタに衝突した光のうちの少量がレトロリフレクタを通過して位置検出器に当たるようにすることであり、位置検出器は例えばCMOSアレイまたは位置感知検出器であってもよい。このような方法により、ある実施形態においてはプローブアセンブリに取り付けられるレトロリフレクタのピッチおよびヨー角度を判定できる。第二のセンサ方法は、角度エンコーダに連結された機械的振り子を使って、重力ベクトルに関するプローブの方位を測定することである。この測定により、プローブのロール角度に密接に関係する角度が得られる。第一のセンサと第二のセンサの結果を合わせることによって、3方位自由度が得られる。どの方法が使用するかにかかわらず、測定装置から分離可能なSMRを組み込むというアイディアは適用可能である。何れの場合においても、方位センサという用語は、3方位自由度測定に必要な装置を表す。   Other methods for making a three azimuth degree of freedom determination may also be used. In the present application, the term azimuth sensor is used in common with a laser tracker and refers to all devices capable of performing a three azimuth degree of freedom determination. A first example of another method for making a three azimuth degree of freedom determination is to place at least three points of light on a probe that includes a retroreflector. By observing the point of light, it is possible to determine the degree of freedom in three directions with a certain configuration. A second example of an alternative method for determining three orientation degrees of freedom uses a combination of two sensor methods. The first sensor method is to allow a small amount of light impinging on the corner cube retroreflector to pass through the retroreflector and hit the position detector, which can be a CMOS array or a position sensitive detector, for example. There may be. In this way, in some embodiments, the pitch and yaw angle of the retro reflector attached to the probe assembly can be determined. The second sensor method is to measure the orientation of the probe with respect to the gravity vector using a mechanical pendulum coupled to an angle encoder. This measurement provides an angle closely related to the probe roll angle. By combining the results of the first sensor and the second sensor, three degrees of freedom can be obtained. Regardless of which method is used, the idea of incorporating an SMR that is separable from the measuring device is applicable. In any case, the term azimuth sensor refers to the device required for measuring three azimuth degrees of freedom.

図14Bは、6−DOFプローブ4450のある実施形態を示す。これは、6−DOFプローブ4400と同様であるが、それが拘束手段4460を含む点が異なる。拘束手段は、6−DOF SMR 4434と接触する要素を含み、これは例えば、機械加工された金属片、プラスチックカバー、ストラップである。拘束手段4460は固定機構4464によって6−DOF SMR 4434ときつく物理的に接触する。適当な固定機構の例には、フック式クランプやねじクランプがある。締付固定機構を含めることによる、考えられる2つの利点は、後述の補正手順を繰り返す必要を生じさせることになる、6−DOF SMRが移動する機会が減ることと、SMRがプローブにぶつかって床に落ちる機会が減ることである。図14Bに示される磁石4433は任意選択で設置してもよい。   FIG. 14B shows an embodiment of a 6-DOF probe 4450. This is similar to the 6-DOF probe 4400, except that it includes restraining means 4460. The restraining means includes an element that contacts 6-DOF SMR 4434, which is, for example, a machined metal piece, a plastic cover, a strap. The restraining means 4460 is brought into physical contact with the 6-DOF SMR 4434 by the fixing mechanism 4464. Examples of suitable fixing mechanisms include hook type clamps and screw clamps. Two possible advantages of including a clamping mechanism are that the 6-DOF SMR has less chance to move, which will result in the need to repeat the correction procedure described below, and that the SMR hits the probe to the floor. The chance of falling is reduced. The magnet 4433 shown in FIG. 14B may be optionally installed.

図14A〜Bに示されるプローブの実施形態の利点は、6−DOF探索機能を6−DOF SMR機能にごく安価で追加できることである。他の利点は、これらの実施形態には電源が不要であることであり、これは、所望により、6−DOF SMRを完全に受動式に使用できるからである。   An advantage of the probe embodiment shown in FIGS. 14A-B is that a 6-DOF search function can be added to the 6-DOF SMR function at a very low cost. Another advantage is that these embodiments do not require a power supply because 6-DOF SMR can be used completely passively if desired.

6−DOFプローブ4200のある実施形態が図15Aに示されている。プローブは、プローブヘッド4240と、プローブ本体4220と、プローブスタイラス4210と、を含む。6−DOF SMR4234は拘束手段4260によって所定の場所に保持される。拘束手段4260は、6−DOF SMR 4234と接触する要素4262を含む。要素4262は例えば、機械加工された金属片、プラスチックカバー、またはストラップであってもよい。拘束手段4260は、固定機構4264によって6−DOF SMR 4234ときつく物理的に接触する。適当な固定機構の例には、フック式クランプやねじ式クランプがある。6−DOF SMR 4234はネストベース4332の上に設置され、これはある実施形態においては磁石式である。プローブ本体4220は筐体4224と、任意選択によるアクチュエータボタン4226、4227と、任意選択によるネスト収容部4228と、を含む。プローブ筐体4224は手で持ちやすい輪郭形状である。プローブスタイラス4210は、プローブ先端4214と、プローブシャフト4212と、プローブコネクタ4216と、プローブクランプ4218と、を含む。プローブクランプによって、長さ、角度、形状の異なる様々なスタイラスを6−DOFプローブに取り付けることができる。   One embodiment of a 6-DOF probe 4200 is shown in FIG. 15A. The probe includes a probe head 4240, a probe body 4220, and a probe stylus 4210. The 6-DOF SMR 4234 is held in place by the restraining means 4260. The restraining means 4260 includes an element 4262 that contacts the 6-DOF SMR 4234. Element 4262 may be, for example, a machined metal piece, a plastic cover, or a strap. The restraining means 4260 is in physical contact with the 6-DOF SMR 4234 by the securing mechanism 4264. Examples of suitable fixing mechanisms include hook type clamps and screw type clamps. The 6-DOF SMR 4234 is installed on a nest base 4332, which in one embodiment is magnetic. The probe body 4220 includes a housing 4224, optional actuator buttons 4226, 4227, and an optional nest accommodating portion 4228. The probe housing 4224 has a contour shape that is easy to hold by hand. Probe stylus 4210 includes a probe tip 4214, a probe shaft 4212, a probe connector 4216, and a probe clamp 4218. The probe clamp allows various styluses with different lengths, angles and shapes to be attached to the 6-DOF probe.

ある実施形態において、図17の6−DOF SMR 4480は断続回転位置割出機能4471を含み、プローブヘッド4475は嵌合機能4473を含む嵌合構造4772を含む。断続回転位置割出機能と嵌合機能は、6−DOF SMRの向きをネスト4432の中で固定し、SMRの球心が6−DOFプローブアセンブリに関して動かないように構成される。図17の断続回転位置割出および嵌合機能の用途は、これらにより、トラッカを工場から、または以前実施した補正手順から得られたプローブ補正パラメータに基づいてすぐに使用できるようにすることである。   In certain embodiments, the 6-DOF SMR 4480 of FIG. 17 includes an intermittent rotational position indexing function 4471 and the probe head 4475 includes a mating structure 4772 that includes a mating function 4473. The intermittent rotational position indexing and mating functions are configured so that the orientation of the 6-DOF SMR is fixed within the nest 4432 and the SMR sphere center does not move relative to the 6-DOF probe assembly. The purpose of the intermittent rotational position indexing and mating function of FIG. 17 is to enable them to be used immediately based on probe correction parameters obtained from the factory or from previously performed correction procedures. .

他の実施形態において、トラッカからプローブ本体4420への光ビームの角度は、6−DOF SMR 4434、4234を本体に関して回転させることによって変更される。これは、6−DOF SMR 4434、4234をネスト4432、4232上で回転させることによって行うことができる。6−DOF SMRの回転角度を特定するために、補正手順を素早く実行してもよく、その際、プローブは図15Aに示されるように、固定されたネスト4250の中に設置される。図14Aと14Bのプローブは同等に、本明細書に記載の補正手順にうまく利用できる。図15Aにおいて、プローブ先端4214は固定されたネスト4250の上に設置される。オペレータは、固定されたネストを都合の良い面に載せ、これを片手で所定の位置に保持しながら、反対の手で6−DOF プローブ4200を移動させてもよく、この移動は後述の方法に従って行われる。   In other embodiments, the angle of the light beam from the tracker to the probe body 4420 is changed by rotating the 6-DOF SMR 4434, 4234 relative to the body. This can be done by rotating the 6-DOF SMR 4434, 4234 over the nests 4432, 4232. To determine the rotation angle of the 6-DOF SMR, a correction procedure may be performed quickly, with the probe placed in a fixed nest 4250 as shown in FIG. 15A. The probes of FIGS. 14A and 14B are equally well utilized for the correction procedures described herein. In FIG. 15A, the probe tip 4214 is placed over a fixed nest 4250. The operator may move the 6-DOF probe 4200 with the opposite hand while placing the fixed nest on a convenient surface and holding it in place with one hand, this movement according to the method described below. Done.

固定されたネストは、いくつかの種類の何れであってもよい。1種の固定ネスト4250は、図15Bの断面図4280で示されており、本体4255を含み、その上に3つの小さな球(そのうちの2つは4251A、4251Bである)が埋め込まれ、これらは120度離して設けられて、プローブ先端4214または4414を支持する。小型磁石4249が固定ネスト4250の中に設置されてもよく、これがプローブ先端4214、4414に下方向の力を供給する。3つの小さな球は、球形プローブ先端の中心を空間内に固定された状態で保持するが、それによって6−DOFプローブ4200、4400または4450は何れの所望の角度にも回転できる。プローブ先端の中心が固定されたままであるため、プローブ先端の計算値は6−DOFプローブの回転角度に関係なく一定のままであるはずである。これによって、プローブの残りの部分に関する6−DOF SMRの方位を求めることが可能となる。120度離れた3つの小さな球を含むネストの別名は「三面凹部(trihedral hollow)」である。   The fixed nest can be any of several types. One type of fixed nest 4250 is shown in cross-sectional view 4280 of FIG. 15B and includes a body 4255 on which are embedded three small spheres, two of which are 4251A and 4251B, Located 120 degrees apart, supports the probe tip 4214 or 4414. A small magnet 4249 may be placed in the fixed nest 4250, which provides downward force to the probe tips 4214, 4414. The three small spheres hold the center of the spherical probe tip fixed in space so that the 6-DOF probe 4200, 4400 or 4450 can rotate to any desired angle. Since the center of the probe tip remains fixed, the calculated value of the probe tip should remain constant regardless of the rotation angle of the 6-DOF probe. This makes it possible to determine the 6-DOF SMR orientation for the remaining portion of the probe. Another name for a nest containing three small spheres that are 120 degrees apart is “trihedal hollow”.

また別の種類のネスト構成を使用してもよい。ある実施形態において、小さな突起が小さな球の代わりに使用される。このような突起は、例えば図1のネスト17に使用される。他の実施形態では、固定されたネストは円錐形の座を含む。名前が示しているように、円錐形の座は円錐を含み、一般に円錐の領域はプローブ先端と接触するようになされる。正しく設計すれば、図17に示される種類のネストまたは円錐形の座として形成されるネストは、高い性能を提供できる。通常、三面凹部により最善の性能が得られる。   Other types of nested configurations may be used. In some embodiments, small protrusions are used instead of small spheres. Such a protrusion is used, for example, in the nest 17 of FIG. In other embodiments, the fixed nest includes a conical seat. As the name suggests, the conical seat includes a cone, and generally the conical region is adapted to contact the probe tip. If designed correctly, a nest of the type shown in FIG. 17 or a nest formed as a conical seat can provide high performance. Usually, the best performance is obtained by a three-sided recess.

6−DOF SMRは、図14A、14B、または15Aの中のその位置において、並進移動の自由度は持たないが、3方位自由度を有する。ある実施形態において、プローブは、3つの異なる軸の周囲で回転されて、3方位自由度の数値を判定するために必要な情報を得る。便宜上、3つの角度自由度をヨー角、ピッチ角、ロール角とすることができる。ヨー角4263は、6−DOFプローブの参照方向を通過する軸4261の周囲での回転角度である。ある実施形態において、参照軸は本体4220の中心とスタイラス4210の中心を通る。しかしながら、スタイラスはこのように配置する必要はなく、その代わりに何れの所望の角度に設置してもよい。ピッチ角は図16Bに示されるように、軸4265の周囲の角度4266である。ロール角は、4268を通る点の周囲の角度4270であり、軸4261と4265に対して垂直である。この場合のロール角は、6−DOF SMRのロール角ではなく、システムレベルのロール角である。しかしながら、図16A、16B、16Cのように回転させることから得られる情報は、6−DOF SMRの、プローブアセンブリの残りの部分に関する方位を判定するのに十分である。一般に、ヨー、ピッチ、ロール角等の3つの角度をカバーするように回転させて、プローブアセンブリ上の6−DOF SMRの方位の判定に十分な情報を得ることが重要であり、それが今度は、プローブが加工物の表面上の地点まで移動した時にプローブの座標を判定するために必要となる。   The 6-DOF SMR does not have translational freedom at that position in FIG. 14A, 14B, or 15A, but has three degrees of freedom. In one embodiment, the probe is rotated around three different axes to obtain the information necessary to determine the numerical value of the three azimuth degrees of freedom. For convenience, the three angular degrees of freedom can be a yaw angle, a pitch angle, and a roll angle. The yaw angle 4263 is a rotation angle around the axis 4261 that passes through the reference direction of the 6-DOF probe. In certain embodiments, the reference axis passes through the center of the body 4220 and the center of the stylus 4210. However, the stylus need not be arranged in this manner and may instead be placed at any desired angle. The pitch angle is an angle 4266 around the axis 4265, as shown in FIG. 16B. The roll angle is an angle 4270 around a point through 4268 and is perpendicular to axes 4261 and 4265. The roll angle in this case is not a roll angle of 6-DOF SMR but a system level roll angle. However, the information obtained from rotating as in FIGS. 16A, 16B, 16C is sufficient to determine the orientation of the 6-DOF SMR with respect to the remainder of the probe assembly. In general, it is important to get enough information to determine the orientation of the 6-DOF SMR on the probe assembly by rotating it to cover three angles such as yaw, pitch, roll angle, and so on. This is necessary to determine the coordinates of the probe when it moves to a point on the surface of the workpiece.

プローブアセンブリは便利な点として、6−DOFプローブが測定を実行するために使用される間に、6−DOS本体に取り付けて、収容してもよい。図15Aは、プローブ本他4220上の位置4228に磁気で付着された固定ネスト4250Bを示している。プローブ本体をテザーまたは機械的スナップでプローブに取り付けることもまた可能である。もちろん、固定ネスト4250は、単純にその付近に保持され、必要に応じて利用できるようにしてもよい。   The probe assembly may conveniently be attached and housed in the 6-DOS body while the 6-DOF probe is used to perform measurements. FIG. 15A shows a fixed nest 4250B magnetically attached to position 4228 on the probe book 4220. It is also possible to attach the probe body to the probe with a tether or mechanical snap. Of course, the fixed nest 4250 may simply be held near the fixed nest 4250 and used as necessary.

図18は、プローブ中心の三次元座標を測定するための方法4900のフロー図である。ステップ4905は、鋼球一体加工レトロリフレクタを提供し、鋼球一体加工レトロリフレクタはレトロリフレクタ本体に装着されたレトロリフレクタを含み、レトロリフレクタ本体は、その外面の第一の部分に第一の球状体を有し、第一の部分はターゲット中心を有し、レトロリフレクタは第一の光ヒームを受けて、第二の光ビームを戻すように構成され、第二の光ビームは第一の光ビームの一部であり、第二の光ビームは第一の光ビームの方向と実質的に反対に進む。   FIG. 18 is a flow diagram of a method 4900 for measuring the three-dimensional coordinates of the probe center. Step 4905 provides a steel ball integrated retroreflector, the steel ball integrated retroreflector includes a retroreflector mounted to the retroreflector body, the retroreflector body having a first spherical shape on a first portion of the outer surface thereof. The first portion has a target center, the retroreflector is configured to receive a first light beam and return a second light beam, the second light beam being a first light beam. Being part of the beam, the second light beam travels substantially opposite to the direction of the first light beam.

ステップ4910は、プローブアセンブリを提供し、プローブアセンブリはプローブスタイラスと、プローブヘッドと、を含み、プローブスタイラスはプローブ先端を含み、プローブ先端はその表面の第二の部分に第二の球状体を有し、第二の部分はプローブ中心を有し、プローブヘッドは、鋼球一体加工レトロリフレクタを受けて鋼球一体加工レトロリフレクタをターゲット中心の周囲で回転させ、その一方でターゲット中心をプローブアセンブリに関して実質的に一定の位置に保持するように構成される。   Step 4910 provides a probe assembly, the probe assembly including a probe stylus and a probe head, the probe stylus including a probe tip, the probe tip having a second sphere on a second portion of the surface thereof. And the second portion has a probe center, and the probe head receives the steel ball integrated retroreflector and rotates the steel ball integrated retroreflector about the target center while the target center is in relation to the probe assembly. It is configured to hold in a substantially constant position.

ステップ4915は、方位センサを提供し、方位センサはプローブアセンブリの3方位自由度測定を行うように構成される。   Step 4915 provides an orientation sensor, which is configured to make a three orientation degree of freedom measurement of the probe assembly.

ステップ4920は、座標測定装置を提供し、座標測定装置は、第一のモータと、第二もモータと、第一の角度測定装置と、第二の角度測定装置と、距離計と、位置検出器と、制御システムと、プロセッサと、を含み、第一のモータと第二のモータは、協働で第一の光ビームを第一の方向に案内するように構成され、第一の方向は第一の軸の周囲の第一の回転角度と第二の軸の周囲の第二の回転角度によって決定され、第一の回転角度は第一のモータによって生成され、第二の回転角度は第二のモータによって生成され、第一の角度測定装置は第一の回転角度を測定するように構成され、第二の角度測定装置は第二の回転角度を測定するように構成され、距離計は座標測定装置から鋼球一体加工レトロリフレクタまでの第一の距離を、少なくとも一部に、第一の光検出器が受けた第二の光ビームの第三の部分に基づいて測定するように構成され、位置検出器は、位置検出器への第二の光ビームの第四の部分の位置に応答して第一の信号を生成するように構成され、制御システムは、第一のモータに第二の信号を、第二のモータに第三の信号を送信するように構成され、第二の信号と第三の信号は、少なくとも一部に、第一の信号に基づき、制御システムは、第一の光ビームの鋼球一体加工レトロリフレクタの空間位置への第一の方向を調節するように構成され、プロセッサは、プローブ中心の三次元座標を判定するように構成され、三次元座標は、少なくとも一部に、第一の距離、第一の回転角度、第二の回転角度、3方位自由度に基づく。   Step 4920 provides a coordinate measuring device that includes a first motor, a second motor, a first angle measuring device, a second angle measuring device, a distance meter, and position detection. A first motor and a second motor are configured to cooperate to guide the first light beam in the first direction, wherein the first direction is Determined by a first rotation angle around the first axis and a second rotation angle around the second axis, the first rotation angle being generated by the first motor and the second rotation angle being the first rotation angle. The first angle measuring device is configured to measure the first rotation angle, the second angle measuring device is configured to measure the second rotation angle, and the distance meter Reduce the first distance from the coordinate measuring device to the steel ball integrated retro-reflector Also configured to measure based on a third portion of the second light beam received by the first light detector, wherein the position detector is configured to measure the second light beam to the position detector. The control system is configured to generate a first signal in response to the position of the fourth portion, and the control system transmits a second signal to the first motor and a third signal to the second motor. The second signal and the third signal are based at least in part on the first signal, and the control system is configured to control the first light beam to the spatial position of the steel ball integrated retroreflector. And the processor is configured to determine a three-dimensional coordinate of the probe center, wherein the three-dimensional coordinate is at least in part a first distance, a first rotation angle, a second Based on the rotation angle and three degrees of freedom.

ステップ4925は、鋼球一体加工レトロリフレクタをプローブヘッドに設置する。   Step 4925 installs the steel ball integrated retro-reflector on the probe head.

ステップ4930は、座標測定装置の第一の光ビームを鋼球一体加工レトロリフレクタに案内する。   Step 4930 guides the first light beam of the coordinate measuring device to the steel ball integrated retro-reflector.

ステップ4935は、第一の距離を測定する。   Step 4935 measures a first distance.

ステップ4940は、第一の回転角度を測定する。   Step 4940 measures a first rotation angle.

ステップ4945は、第二の回転角度を測定する。   Step 4945 measures a second rotation angle.

ステップ4950は、少なくとも一部に、方位センサによって提供される情報に基づいて3方位自由度測定を行う。   Step 4950 performs a three azimuth degree of freedom measurement based at least in part on information provided by the azimuth sensor.

ステップ4955は、プローブ中心の三次元座標を、少なくとも一部に、第一の距離、第一の回転角度、第二の回転角度、3方位自由度に基づいて計算する。   Step 4955 calculates three-dimensional coordinates of the probe center based at least in part on the first distance, the first rotation angle, the second rotation angle, and the three azimuth degrees of freedom.

ステップ4960は、プローブ中心の三次元座標を保存する。方法4900は参照記号Aで終了する。   Step 4960 stores the three-dimensional coordinates of the probe center. Method 4900 ends with reference symbol A.

図19は、図18の参照記号Aから始まる方法5000のフローチャートであり、さらにプローブ補正パラメータを測定するステップを含み、プローブ補正パラメータは、少なくともプローブアセンブリに関する鋼球一体加工レトロリフレクタの方位を示す情報を含む。   FIG. 19 is a flowchart of a method 5000 beginning with reference A in FIG. 18 and further comprising measuring a probe correction parameter, the probe correction parameter being information indicating at least the orientation of the steel ball integrated retroreflector with respect to the probe assembly. including.

図20は、図19の参照記号Bから始まる方法5100のフロー図であり、ステップ5105は、プローブ先端を受け入れるように構成されたネストを提供し、ネストはさらに、プローブ先端をプローブ中心の周囲で回転させるように構成され、プローブ中心は、実質的に固定された空間地点に保持される。ステップ5110は、プローブ先端をネストに設置する。ステップ5115は、プローブ先端を回転させる。ステップ5120は、数量群を測定し、数量群は第一の距離、第一の回転角度、第二の回転角度、3方位自由度を含み、測定値の各々は、プローブ先端の複数の異なる回転に関して得られる。ステップ5125は、少なくとも一部に、数量群に基づいてプローブ補正パラメータを計算する。   FIG. 20 is a flow diagram of a method 5100 starting with reference symbol B of FIG. 19, where step 5105 provides a nest configured to receive a probe tip, the nest further extending the probe tip around the probe center. Configured to rotate, the probe center is held at a substantially fixed spatial point. Step 5110 places the probe tip in the nest. Step 5115 rotates the probe tip. Step 5120 measures a quantity group, the quantity group includes a first distance, a first rotation angle, a second rotation angle, and three azimuth degrees of freedom, each of which is a plurality of different rotations of the probe tip. Obtained with respect to. Step 5125 calculates probe correction parameters based at least in part on the quantity group.

図21は、図18の参照記号Aから始まる方法5200のフロー図である。ステップ5205は、プローブヘッドから鋼球一体加工レトロリフレクタを取り外す。ステップ5210は、第一の光ビームを座標測定装置から鋼球一体加工レトロリフレクタに案内する。ステップ5215は第一の距離を測定する。ステップ5220は第一の回転角度を測定する。ステップ5225は第二の回転角度を測定する。ステップ5230は、ターゲット中心の三次元座標を測定する。   FIG. 21 is a flow diagram of a method 5200 that begins with reference A in FIG. Step 5205 removes the steel ball integrated retroreflector from the probe head. Step 5210 guides the first light beam from the coordinate measuring device to the steel ball integrated retroreflector. Step 5215 measures the first distance. Step 5220 measures a first rotation angle. Step 5225 measures a second rotation angle. Step 5230 measures the three-dimensional coordinates of the target center.

図22は、図21の参照記号Cから始まる方法5300のフロー図である。ステップ5305は、プローブヘッドに鋼球一体加工レトロリフレクタを設置する。ステップ5310は、第一の光ビームを座標測定装置から鋼球一体加工レトロリフレクタに案内する。ステップ5315は第一の距離を測定する。ステップ5320は第一の回転角度を測定する。ステップ5325は第二の回転角度を測定する。ステップ5330は3方位自由度測定を行う。ステップ5335は、少なくとも一部に、第一の距離、第一の回転角度、第二の回転角度、3方位自由度に基づいてプローブ中心の三次元座標を計算する。   FIG. 22 is a flow diagram of a method 5300 that begins with reference C in FIG. Step 5305 installs a steel ball integrated retro reflector on the probe head. Step 5310 guides the first light beam from the coordinate measuring device to the steel ball integrated retroreflector. Step 5315 measures the first distance. Step 5320 measures a first rotation angle. Step 5325 measures the second rotation angle. Step 5330 performs a three azimuth degree of freedom measurement. Step 5335 calculates the three-dimensional coordinates of the probe center based at least in part on the first distance, the first rotation angle, the second rotation angle, and the three degrees of freedom.

図23は、図18の参照記号Aから始まる方法5400のフロー図である。ステップ5405はレトロリフレクタにパターンを組み込む。ステップ5410は、レンズと感光素子アレイを含む光学システムを提供し、レンズは少なくともパターニングされたレトロリフレクタの少なくとも一部の像を感光アレイ上に形成するように構成される。ステップ5415は画像をデジタルデータセットに変換する。ステップ5420は、少なくとも一部に、デジタルデータセットに基づいて3方位自由度計算を行う。   FIG. 23 is a flow diagram of a method 5400 that begins with reference A in FIG. Step 5405 incorporates the pattern into the retro-reflector. Step 5410 provides an optical system including a lens and a photosensitive element array, wherein the lens is configured to form an image of at least a portion of at least a patterned retroreflector on the photosensitive array. Step 5415 converts the image into a digital data set. Step 5420 performs a three azimuth degree of freedom calculation based at least in part on the digital data set.

本発明は例示的実施形態に関して説明したが、当業者にとっては当然のことながら、本発明の範囲から逸脱することなく、各種の変更を加え、均等物をその要素と置換してもよい。これに加えて、本発明の基本的範囲から逸脱することなく、多くの改変を行い、具体的な状況や材料を本発明の教示に合わせて採用してもよい。したがって、本発明は本発明を実施するための最良の態様として開示され特定の実施形態に限定されることは意図されず、本発明は付属の特許請求の範囲内に入るすべての実施形態を含む。さらに、第一の、第二の、等の用語の使用は、いかなる順序または重要性も意味せず、第一の、第二の、等の用語は、1つの要素を他の要素から区別するために使用される。さらに、ある(a、an)等の用語の使用は、数量を限定するのではなく、示された項目が少なくとも1つ存在することを示す。   Although the invention has been described with reference to exemplary embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that various changes may be made and equivalents substituted for the elements without departing from the scope of the invention. In addition, many modifications may be made and specific circumstances and materials may be employed in accordance with the teachings of the present invention without departing from the basic scope thereof. Accordingly, the present invention is disclosed as the best mode for carrying out the invention and is not intended to be limited to particular embodiments, but the invention includes all embodiments that fall within the scope of the appended claims. . Furthermore, the use of terms such as first, second, etc. does not imply any order or significance, and terms such as first, second, etc. distinguish one element from another. Used for. Furthermore, the use of certain terms such as (a, an) does not limit the quantity, but indicates that there is at least one item shown.

Claims (12)

第一の地点と第二の地点の三次元座標を測定する方法(4900)において、
鋼球一体加工レトロリフレクタ(4234、4434)を提供するステップであって、鋼球一体加工レトロリフレクタが、レトロリフレクタ本体に取り付けられたレトロリフレクタを含み、レトロリフレクタ本体が、その外面の第一の部分に第一の球状体を有し、第一の部分がターゲット中心を有し、レトロリフレクタが、第一の光ビーム(46、984)を受け取って第二の光ビーム(47、986)を返すように構成され、第二の光ビームが第一の光ビームの一部であり、第二の光ビームが第一の光ビームの方向と実質的に反対の方向に進むようなステップ(4905)と、
プローブアセンブリ(4200、4400、4450、4480)を提供するステップであって、プローブアセンブリがプローブスタイラス(4210、4410)と、プローブヘッド(4240、4430、4440、4475)と、を含み、プローブスタイラスがプローブ先端(4214、4414)を含み、プローブ先端がその表面の第二の部分に第二の球状体を有し、第二の部分がプローブ中心を有し、プローブヘッドが、鋼球一体加工レトロリフレクタを受け、鋼球一体加工レトロリフレクタがターゲット中心の周囲で回転できるようにし、その間、ターゲット中心をプローブアセンブリに関して実質的に一定の位置に保つように構成されるようなステップ(4910)と、
座標測定装置(10)を提供するステップであって、座標測定装置が第一のモータ(2125)と、第二のモータ(2155)と、第一の角度測定装置(2120)と、第二の角度測定装置(2150)と、距離計(120、160)と、位置検出器(151)と、制御システム(1520、1530、1540、1550)と、方位センサ(910)と、プロセッサ(1520、1530、1531、1532、1533、1534、1535、1540、1550、1560、1565、1570、1590)と、含み、
第一のモータと第二のモータが、協働で第一の光ビームを第一の方向に案内するように構成され、第一の方向が第一の軸(20)の周囲での第一の回転角度と第二の軸(18)の周囲での第二の回転角度により決定され、第一の回転角度が第一のモータによって生成され、第二の回転角度が第二のモータによって生成され、
第一の角度測定装置が第一の回転角度を測定するように構成され、第二の角度測定装置が第二の回転角度を測定するように構成され、
距離計が、座標測定装置から鋼球一体加工レトロリフレクタまでの第一の距離を、少なくとも一部に、第一の光検出器が受け取った第二の光ビームの第三の部分に基づいて測定するように構成され、
位置検出器が、位置検出器上の第二の光ビームの第四の部分の位置に応答して第一の信号を生成するように構成され、
制御システムが、第一のモータに第二の信号を、および第二のモータに第三の信号を送信するように構成され、第二の信号と第三の信号は、少なくとも一部に、第一の信号に基づいており、制御システムは、第一の光ビームの第一の方向を、鋼球一体加工レトロリフレクタの空間内の位置に合わせて調節するように構成され、
方位センサがプローブアセンブリの3方位自由度(4263、4265、4270)測定を行うように構成され(4915)、
プロセッサが、プローブ中心の三次元座標を判定するように構成され、三次元座標が、少なくとも一部に、第一の距離、第一の回転角度、第二の回転角度、3方位自由度に基づくようなステップ(4920)と、
鋼球一体加工レトロリフレクタをプローブヘッドに設置するステップ(4925)と、
プローブ中心を第一の地点まで移動させるステップと、
第一の光ビームを座標測定装置から鋼球一体加工レトロリフレクタへと案内するステップ(4930)と、
第一の距離を測定するステップ(4935)と、
第一の回転角度を測定するステップ(4940)と、
第二の回転角度を測定するステップ(4945)と、
3方位自由度測定を、少なくとも一部に、方位センサにより供給される情報に基づいて行うステップ(4950)と、
プローブ中心の三次元座標を、少なくとも一部に、第一の距離、第一の回転角度、第二の回転角度、3方位自由度に基づいて計算するステップ(4955)と、
プローブ中心の三次元座標を保存するステップ(4960)と、
鋼球一体加工レトロリフレクタをプローブヘッドから取り外すステップ(5205)と、
ターゲット中心を第二の地点まで移動させるステップと、
第一の光ビームを座標測定装置から鋼球一体加工レトロリフレクタへと案内するステップ(5210)と、
第二の距離を測定するステップ(5215)と、
第三の回転角度を測定するステップ(5220)と、
第四の回転角度を測定するステップ(5225)と、
少なくとも一部に、第二の距離、第三の回転角度、第四の回転角度に基づいて、ターゲット中心の三次元座標を判定するステップ(5230)と、
ターゲット中心の三次元座標を保存するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
In the method (4900) of measuring the three-dimensional coordinates of the first point and the second point,
Providing a steel ball integrated retroreflector (4234, 4434), the steel ball integrated retroreflector including a retroreflector attached to the retroreflector body, wherein the retroreflector body is a first of the outer surfaces thereof. The part has a first sphere, the first part has a target center, and the retroreflector receives the first light beam (46,984) and receives the second light beam (47,986). Step (4905), wherein the second light beam is part of the first light beam and the second light beam travels in a direction substantially opposite to the direction of the first light beam. )When,
Providing a probe assembly (4200, 4400, 4450, 4480), the probe assembly comprising a probe stylus (4210, 4410) and a probe head (4240, 4430, 4440, 4475), wherein the probe stylus comprises Including a probe tip (4214, 4414), the probe tip having a second sphere on a second portion of its surface, the second portion having a probe center, and a probe head having a steel ball integrated retro Receiving the reflector and allowing the steel ball integrated retroreflector to rotate about the target center, while being configured to maintain the target center in a substantially constant position with respect to the probe assembly; (4910);
Providing a coordinate measuring device (10), the coordinate measuring device comprising a first motor (2125), a second motor (2155), a first angle measuring device (2120), and a second Angle measuring device (2150), distance meter (120, 160), position detector (151), control system (1520, 1530, 1540, 1550), direction sensor (910), and processor (1520, 1530) 1531, 1532, 1533, 1534, 1535, 1540, 1550, 1560, 1565, 1570, 1590),
The first motor and the second motor are configured to cooperate to guide the first light beam in the first direction, the first direction being the first around the first axis (20). And the second rotation angle around the second axis (18), the first rotation angle is generated by the first motor and the second rotation angle is generated by the second motor And
The first angle measuring device is configured to measure the first rotation angle, the second angle measuring device is configured to measure the second rotation angle, and
A rangefinder measures a first distance from the coordinate measuring device to the steel ball integrated retroreflector based at least in part on the third portion of the second light beam received by the first photodetector. Configured to
A position detector is configured to generate a first signal in response to the position of the fourth portion of the second light beam on the position detector;
The control system is configured to send a second signal to the first motor and a third signal to the second motor, wherein the second signal and the third signal are at least in part, And the control system is configured to adjust the first direction of the first light beam to the position in the space of the steel ball integrated retroreflector,
An azimuth sensor is configured (4915) to perform three orientation degrees of freedom (4263, 4265, 4270) measurement of the probe assembly
A processor is configured to determine a three-dimensional coordinate of the probe center, the three-dimensional coordinate based at least in part on the first distance, the first rotation angle, the second rotation angle, and the three azimuth degrees of freedom. Such step (4920),
Installing a steel ball integrated machining retro-reflector on the probe head (4925);
Moving the probe center to the first point;
Guiding the first light beam from the coordinate measuring device to the steel ball integrated retroreflector (4930);
Measuring a first distance (4935);
Measuring a first rotation angle (4940);
Measuring a second rotation angle (4945);
Performing 3 orientation degrees of freedom measurement based at least in part on information provided by the orientation sensor (4950);
Calculating (4955) the three-dimensional coordinates of the probe center based at least in part on the first distance, the first rotation angle, the second rotation angle, and the three azimuth degrees of freedom;
Storing (4960) the three-dimensional coordinates of the probe center;
Removing the steel ball integrated retro reflector from the probe head (5205);
Moving the target center to a second point;
Guiding the first light beam from the coordinate measuring device to the steel ball integrated retroreflector (5210);
Measuring a second distance (5215);
Measuring a third rotational angle (5220);
Measuring a fourth rotation angle (5225);
Determining (3230) the three-dimensional coordinates of the target center based at least in part on the second distance, the third rotation angle, and the fourth rotation angle;
Storing the three-dimensional coordinates of the target center;
A method comprising the steps of:
請求項1に記載の方法において、
鋼球一体加工レトロリフレクタをプローブヘッドに設置するステップがさらに、鋼球一体加工レトロリフレクタを割出位置に設置するステップを含むことを特徴とする方法。
The method of claim 1, wherein
The method of installing the steel ball integrated retroreflector on the probe head further comprises installing the steel ball integrated retroreflector at the index position.
請求項2に記載の方法において、
鋼球一体加工レトロリフレクタを提供するステップがさらに、鋼球一体加工レトロリフレクタにカラーを設けるステップを含み、カラーが断続回転位置割出機能(4471)を含み、
プローブアセンブリを提供するステップがさらに、プローブヘッドに嵌合構造(4472)を設けるステップを含み、嵌合構造は嵌合機能(4473)を有し、
鋼球一体加工レトロリフレクタをプローブヘッドに設置するステップがさらに、鋼球一体加工レトロリフレクタを、断続回転位置割出機能を嵌合機能と位置合わせすることによって、割出位置に移動させるステップを含む
ことを特徴とする方法。
The method of claim 2, wherein
Providing the steel ball integrated retro-reflector further includes providing a collar on the steel ball integrated retro-reflector, the collar including an intermittent rotational position indexing function (4471);
Providing the probe assembly further comprises providing a mating structure (4472) on the probe head, the mating structure having a mating function (4473);
The step of installing the steel ball integrated retro-reflector on the probe head further includes the step of moving the steel ball integrated retro-reflector to the indexing position by aligning the intermittent rotational position indexing function with the mating function. A method characterized by that.
請求項1に記載の方法において、
鋼球一体加工レトロリフレクタをプローブヘッドに設置するステップがさらに、鋼球一体加工レトロリフレクタを所望の方位に回転させるステップを含むことを特徴とする方法。
The method of claim 1, wherein
The method of installing the steel ball integrated retroreflector on the probe head further comprises rotating the steel ball integrated retroreflector in a desired orientation.
請求項4に記載の方法において、
プローブアセンブリを提供するステップがさらに、プローブヘッドに締付固定装置(4461)を設けるステップを含み、締付固定装置が、鋼球一体加工レトロリフレクタを固定された方位に保持するように構成され、
鋼球一体加工レトロリフレクタを設置するステップがさらに、鋼球一体加工レトロリフレクタを所望の方位に締付固定するステップを含む
ことを特徴とする方法。
The method of claim 4, wherein
Providing the probe assembly further comprises providing a clamping device (4461) on the probe head, the clamping device configured to hold the steel ball integrated retroreflector in a fixed orientation;
The method of installing the steel ball integrated retro reflector further comprises the step of clamping and fixing the steel ball integrated retro reflector in a desired orientation.
請求項4の方法(5000)において、
プローブ補正パラメータを決定するステップ(5005)をさらに含み、プローブ補正パラメータが少なくとも、プローブアセンブリに関する鋼球一体加工レトロリフレクタの方位を示す情報を含むことを特徴とする方法。
The method (5000) of claim 4,
Determining a probe correction parameter (5005), wherein the probe correction parameter includes at least information indicative of the orientation of the steel ball integrated retroreflector with respect to the probe assembly.
請求項6に記載の方法(5100)において、
プローブ補正パラメータを決定するステップがさらに、
プローブ先端を受け入れるように構成されたネスト(4250、4280)を提供するステップであって、ネストがさらに、プローブ先端をプローブ中心の周囲で回転させるように構成され、プローブ中心が、実質的に固定された空間地点に保持されるようなステップ(5105)と、
プローブ先端をネストに設置するステップ(5110)と、
プローブ先端を回転させるステップ(5115)と、
数量群を測定するステップであって、数量群が第一の距離、第一の回転角度、第二の回転角度、3方位自由度を含み、測定値の各々が、プローブ先端の複数の異なる回転に関して得られるようなステップ(5120)と、
少なくとも一部に、数量群に基づいてプローブ補正パラメータを計算するステップ(5125)と、
を含むことを特徴とする方法。
The method (5100) of claim 6, wherein:
Determining the probe correction parameter further comprises:
Providing a nest (4250, 4280) configured to receive a probe tip, wherein the nest is further configured to rotate the probe tip about the probe center, wherein the probe center is substantially fixed. A step (5105) to be held at the designated spatial point;
Placing the probe tip into the nest (5110);
Rotating the probe tip (5115);
Measuring a quantity group, wherein the quantity group includes a first distance, a first rotation angle, a second rotation angle, and three azimuth degrees of freedom, each of which is a plurality of different rotations of the probe tip A step (5120) as obtained with respect to
Calculating (5125) a probe correction parameter based at least in part on the quantity group;
A method comprising the steps of:
請求項1に記載の方法(5400)において、さらに、
レトロリフレクタにパターンを組み込むステップ(5405)と、
レンズと感光素子アレイを含む光学システムを提供するステップであって、レンズが少なくともパターニングされたレトロリフレクタの少なくとも一部の像を感光アレイ上に形成するように構成されるようなステップ(5410)と、
画像をデジタルデータセットに変換するステップ(5415)と、
少なくとも一部に、デジタルデータセットに基づいて3方位自由度計算を行うステップ(5420)と、
を含むことを特徴とする方法。
The method (5400) of claim 1, further comprising:
Incorporating a pattern into the retro-reflector (5405);
Providing an optical system including a lens and a photosensitive element array, wherein the lens is configured to form an image of at least a portion of at least a patterned retroreflector on the photosensitive array (5410); ,
Converting the image into a digital data set (5415);
Performing at least in part a calculation of 5 degrees of freedom based on the digital data set (5420);
A method comprising the steps of:
請求項8に記載の方法において、
鋼球一体加工レトロリフレクタを提供するステップにおいて、レトロリフレクタがガラス製コーナキューブレトロリフレクタであることを特徴とする方法。
The method of claim 8, wherein
A method of providing a steel ball integrated retroreflector, wherein the retroreflector is a glass corner cube retroreflector.
請求項1に記載の方法において、
プローブアセンブリを提供するステップにおいて、プローブアセンブリが電力を使用せずに動作することを特徴とする方法。
The method of claim 1, wherein
Providing the probe assembly, wherein the probe assembly operates without using power.
請求項1に記載の方法において、
プローブアセンブリがアクチュエータボタン(4226、4227)を含むことを特徴とする方法。
The method of claim 1, wherein
The method wherein the probe assembly includes an actuator button (4226, 4227).
請求項1に記載の方法において、
プローブアセンブリを提供するステップにおいて、プローブスタイラスが取り除かれ、第二のプローブスタイラスに交換されることを特徴とする方法。
The method of claim 1, wherein
Providing the probe assembly, wherein the probe stylus is removed and replaced with a second probe stylus.
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9746560B2 (en) 2013-02-12 2017-08-29 Faro Technologies, Inc. Combination scanner and tracker device having a focusing mechanism
US9347767B2 (en) 2013-12-11 2016-05-24 Faro Technologies, Inc. Spherically mounted retroreflector and method to minimize measurement error
US9121689B2 (en) 2013-12-11 2015-09-01 Faro Technologies, Inc. Method for correcting a spherically mounted retroreflector when resetting a distance meter
US9423492B2 (en) 2013-12-11 2016-08-23 Faro Technologies, Inc. Method for finding a home reference distance using a spherically mounted retroreflector
US9239238B2 (en) 2013-12-11 2016-01-19 Faro Technologies, Inc. Method for correcting a 3D measurement of a spherically mounted retroreflector on a nest
US9074869B2 (en) 2013-12-11 2015-07-07 Faro Technologies, Inc. Method for measuring 3D coordinates of a spherically mounted retroreflector from multiple stations
US9329028B2 (en) 2013-12-11 2016-05-03 Faro Technologies, Inc. Spherically mounted retroreflector having an embedded temperature sensor and socket
DE102016107312A1 (en) * 2015-04-28 2016-11-03 Faro Technologies Inc. Combined scanner and tracker with a focusing mechanism
CN107300357B (en) * 2017-06-22 2023-05-12 昆明理工大学 Non-contact three-degree-of-freedom optical three-dimensional measurement turntable
CN110146014B (en) * 2019-05-27 2021-12-07 浙江机电职业技术学院 Measuring head structure and measuring method for measuring data of inner circular hole
CN112236649A (en) * 2019-11-04 2021-01-15 深圳市大疆创新科技有限公司 Sensor, movable platform and microwave radar sensor
CN111736109B (en) * 2020-07-01 2023-07-14 易思维(天津)科技有限公司 Indoor positioning system receiver and method for evaluating precision by using same
CN112945286A (en) * 2021-03-11 2021-06-11 苏交科集团股份有限公司 Wireless sensing device for bridge health monitoring
DE102022109267A1 (en) 2022-04-14 2023-10-19 Carl Mahr Holding Gmbh Touch unit and holder for a touch unit

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070016386A1 (en) * 2005-07-15 2007-01-18 Ernie Husted Coordinate tracking system, apparatus and method of use
US7800758B1 (en) * 1999-07-23 2010-09-21 Faro Laser Trackers, Llc Laser-based coordinate measuring device and laser-based method for measuring coordinates

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3827458C3 (en) * 1988-08-12 1998-04-09 Michael H Dipl Ing Korte Method and device for determining the spatial coordinates of any measuring point
US6964113B2 (en) * 2001-03-06 2005-11-15 Faro Laser Trackers, Llc Scale-bar artifact and methods of use
CN1160654C (en) * 2002-02-07 2004-08-04 天津大学 Laser scannning and tracking instrument with six feedom measurement function
US20040035277A1 (en) * 2002-08-20 2004-02-26 Hubbs William O. Track and punch SMR marking device
US7110194B2 (en) * 2002-11-27 2006-09-19 Hubbs Machine & Manufacturing Inc. Spherical retro-reflector mount negative
ATE542151T1 (en) * 2003-09-05 2012-02-15 Faro Tech Inc SELF-COMPENSATING LASER TRACKER
US7352446B2 (en) * 2004-09-30 2008-04-01 Faro Technologies, Inc. Absolute distance meter that measures a moving retroreflector
JP5016245B2 (en) * 2005-03-29 2012-09-05 ライカ・ゲオジステームス・アクチェンゲゼルシャフト Measurement system for determining the six degrees of freedom of an object
WO2010057169A2 (en) 2008-11-17 2010-05-20 Faro Technologies, Inc. Device and method for measuring six degrees of freedom
CN101750012A (en) * 2008-12-19 2010-06-23 中国科学院沈阳自动化研究所 Device for measuring six-dimensional position poses of object
US8803055B2 (en) * 2009-01-09 2014-08-12 Automated Precision Inc. Volumetric error compensation system with laser tracker and active target
GB2489345B (en) * 2010-01-18 2015-07-08 Faro Tech Inc Retroreflector probe adaptor for tracking hidden points
US8422034B2 (en) * 2010-04-21 2013-04-16 Faro Technologies, Inc. Method and apparatus for using gestures to control a laser tracker
CN103380350A (en) * 2011-02-14 2013-10-30 法罗技术股份有限公司 Cube corner retroreflector for measuring six degrees of freedom
CN103403575B (en) * 2011-03-03 2015-09-16 法罗技术股份有限公司 Target equipment and method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7800758B1 (en) * 1999-07-23 2010-09-21 Faro Laser Trackers, Llc Laser-based coordinate measuring device and laser-based method for measuring coordinates
US20070016386A1 (en) * 2005-07-15 2007-01-18 Ernie Husted Coordinate tracking system, apparatus and method of use

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