JP2016212098A - Scanner tracker composite device including focus adjustment mechanism - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical measuring instrument that allows operators to select an operation mode from a plurality of operation modes.SOLUTION: A three-dimensional (3D) coordinate measuring instrument combines functions of a tracker part 34 and scanner part 36. The function of the tracker part 34 is configured to send light to a retroreflector and determine a distance to the retroreflector on the basis of reflection light. The function of the tracker part 34 is configured to track the retroreflector as it moves and determine 3D coordinates of the retroreflector. The scanner part 36 is configured to send a light beam to a point on an object surface and determine 3D coordinates of the point. In addition, the scanner part 36 is configured to include an adjustable focus adjustment mechanism 39 causing the light beam to be adjustably focused.SELECTED DRAWING: Figure 21

Description

本発明は、次元座標を測定する光学測定機器に関し、特に、物体を測定するための複数の光学装置を備える非接触光学測定機器に関する。   The present invention relates to an optical measurement instrument that measures dimensional coordinates, and more particularly to a non-contact optical measurement instrument that includes a plurality of optical devices for measuring an object.

関連出願との相互参照
本願は、2013年2月12日に出願された「マルチモード光学測定機器および動作方法(Multi−Mode Optical Measurement Device and Method of Operation)」と題する米国特許出願第13/765,014号の一部継続出願であり、同出願の内容の全体を参照によって本願に援用する。
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is a US patent application Ser. No. 13/765 entitled “Multi-Mode Optical Measurement Device and Method of Operation” filed on Feb. 12, 2013. , 014, which is hereby incorporated by reference in its entirety.

非接触光学測定機器は、物体上の点の座標を測定するために使用されてもよい。1つの種類の光学測定機器は、ある点の三次元(3D)座標を、レーザビームをその点に送ることによって測定する。レーザビームは、その点に直接衝突しても、またはその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。何れの場合も、機器はその点の座標を、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特定する。距離は、絶対距離計または干渉計等の距離測定器で測定される。角度は、角度エンコーダ等の角度測定器で測定される。機器の中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点へと方向付ける。   Non-contact optical measurement equipment may be used to measure the coordinates of a point on an object. One type of optical measurement instrument measures the three-dimensional (3D) coordinates of a point by sending a laser beam to that point. The laser beam may impinge directly on that point or impinge on a retro-reflector target that contacts that 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 directs the laser beam to the point of interest.

レーザトラッカは特定の種類の座標測定器であり、それが発する1つまたは複数のレーザビームによりレトロリフレクタターゲットを追跡する。レーザトラッカと密接に関係する光学測定機器は、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で表面上の点をステップ走査する。これは表面から散乱した光をピックアップし、この光から各点までの距離と2つの角度を特定する。トータルステーションは、測量分野で使用されることが最も多く、拡散的に散乱する(非協力的)ターゲットまたはレトロリフレクタ型(協力的)ターゲットの座標を測定するために使用されてもよい。   A laser tracker is a specific type of coordinate measuring instrument that tracks a retro-reflector target with one or more laser beams it emits. Optical measuring instruments closely related to the laser tracker are a laser scanner and a total station. Laser scanners step scan a point on a surface with one or more laser beams. This picks up the light scattered from the surface and specifies the distance and two angles from this light to each point. Total stations are most often used in the surveying field and may be used to measure the coordinates of diffusely scattered (non-cooperative) or retroreflector type (cooperative) targets.

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ことによって動作し、これが特定の点の座標の測定に使用される。一般的な種類のレトロリフレクタターゲットは、測定球(spherically mounted retroreflector)(SMR)であり、これは金属球内に埋め込まれたキューブコーナレトロリフレクタを含む。キューブコーナレトロリフレクタは、相互に垂直な3つのミラーを含む。3つのミラーの共通の交差点である頂点が球の中心に位置付けられる。球内のキューブコーナの配置の測定点に対する機械的関係はわかっている(即ち、頂点からSMRが載置されているどの表面までの垂直距離も、SMRが回転しても一定に保たれる)ため、測定点の位置を特定できる。その結果、レーザトラッカはある表面の3D座標を、SMRが表面上で移動する間にその位置を追うことによって測定できる。言い換えれば、レーザトラッカは、3自由度だけ(半径方向の距離1つと2つの角度)を測定すれば、表面の3D座標を十分に特徴付けることができる。   Laser trackers operate by sending a laser beam to a retroreflector target, which is used to measure the coordinates of a particular point. A common type of retro-reflector target is a spherically mounted retroreflector (SMR), which includes a cube corner retro-reflector embedded within a metal sphere. The cube corner retro-reflector includes three mirrors that are perpendicular to each other. The vertex, the common intersection of the three mirrors, is positioned at the center of the sphere. The mechanical relationship of the cube corner placement within the sphere to the measurement point is known (ie, the vertical distance from the apex to any surface on which the SMR is mounted remains constant as the SMR rotates). Therefore, the position of the measurement point can be specified. 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 measures only three degrees of freedom (one radial distance and two angles).

1つの種類のレーザトラッカは、干渉計(interferometer)(IFM)のみを含み、絶対距離計(absolute distance meter)(ADM)を持たない。物体によって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が遮断されると、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して、基準距離をリセットしてからでなければ測定を継続できない。この制限の回避策は、ADMをトラッカ内に含めることである。ADMは、狙い撃ち方式で距離を測定できる。   One type of laser tracker includes only an interferometer (IFM) and does not have an absolute distance meter (ADM). If the object blocks the path of the laser beam from one of these trackers, the IFM loses its distance reference. The operator can then continue the measurement after tracking the retroreflector to a known position and resetting the reference distance. A workaround for this limitation is to include the ADM in the tracker. The ADM can measure distance by aiming.

トラッカはある地点に留まるため、レーザ出力に制約を設けて、所望の分類をIEC 60825−1の標準内に保つことが望ましい。それゆえ、トラッカが低いレーザ出力で動作することが望まれる。測定点を明確に定義することに加えて、SMRはレーザ出力の大部分を戻す。これに対して、レーザスキャナは連続的に移動するように構成されてもよく、これによって、動作領域内にいる人物の一部分に堆積する全エネルギーが小さいため、所望のIEC 60825−1分類を実現できる。それゆえ、レーザスキャナは、より高いレーザ出力レベルで動作し、また非協力的ターゲットでも動作できるが、一般的にはレーザトラッカより精度が低く、距離が短い。   Since the tracker stays at a certain point, it is desirable to constrain the laser power to keep the desired classification within the IEC 60825-1 standard. Therefore, it is desirable for the tracker to operate with a low laser power. In addition to clearly defining the measurement points, SMR returns most of the laser power. In contrast, the laser scanner may be configured to move continuously, thereby achieving the desired IEC 60825-1 classification because the total energy deposited on a portion of the person in the operating area is small. it can. Therefore, laser scanners operate at higher laser power levels and can operate with non-cooperative targets, but are generally less accurate and shorter in distance than laser trackers.

レーザスキャナはまた、レーザビームを物体に向けて送る。レーザトラッカはオペレータと(レトロリフレクタターゲットを介して)相互作用するため、レーザが目に見えることが望ましい。しかしながら、レーザスキャナはその他の波長、例えば赤外または可視波長で動作してもよく、これは、オペレータにとって光ビームが目に見えなくてもよいからである。レーザスキャナは、物体から反射された光を受け取り、一部に、光が物体に当たってスキャナに戻るまでの飛行時間に基づいて物体上の点までの距離を判断する。一部のレーザスキャナは、ゼニス軸の周囲で連続的に回転し、同時にレーザビームをアジマス軸の周囲で回転させ、レーザスキャナ周辺の領域内の点の座標を特定できる。また別のレーザスキャナは、光ビームを単独の点に、または所定のパターン、例えばラスタパターンで方向付ける。   The laser scanner also sends a laser beam toward the object. Since the laser tracker interacts with the operator (via the retroreflector target), it is desirable that the laser be visible. However, the laser scanner may operate at other wavelengths, such as infrared or visible, because the light beam may not be visible to the operator. The laser scanner receives light reflected from the object and determines, in part, the distance to a point on the object based on the time of flight until the light strikes the object and returns to the scanner. Some laser scanners can rotate continuously around the zenith axis while simultaneously rotating the laser beam around the azimuth axis to identify the coordinates of points in the area around the laser scanner. Another laser scanner directs the light beam to a single point or in a predetermined pattern, such as a raster pattern.

理解すべき点として、レーザスキャナは複数の点の座標をレーザトラッカよりはるかに高速で取得できる。しかしながら、レーザトラッカは、より高い精度で距離を測定する。さらに、レーザトラッカは特定の点に留まるため、測定は一般に1秒の何分の1かに統合されて、電子部品および大気乱流のノイズが低減される。レーザスキャナは一般に、1秒に数百万というオーダの点を測定するため、測定値は一般にマイクロ秒または1マイクロ秒の何分の1かのオーダで行われる。それゆえ、スキャナでは電子部品と大気乱流からのノイズははるかに大きい可能性がある。   It should be understood that a laser scanner can obtain the coordinates of multiple points much faster than a laser tracker. However, laser trackers measure distances with greater accuracy. In addition, since the laser tracker remains at a specific point, measurements are generally integrated into a fraction of a second to reduce electronic and atmospheric turbulence noise. Laser scanners typically measure millions of points per second, so measurements are typically made on the order of microseconds or a fraction of a microsecond. Therefore, noise from electronic components and atmospheric turbulence can be much greater in a scanner.

米国特許第7,327,446号明細書US Pat. No. 7,327,446 米国特許第7,701,559号明細書US Pat. No. 7,701,559 米国特許出願公開第2011/0032509号US Patent Application Publication No. 2011/0032509

したがって、既存の非接触光学測定機器はその所期の目的には適しているが、依然として改善の必要があり、特にオペレータが複数の動作モードの中から動作モードを選択できるような光学測定機器を提供する必要がある。   Therefore, existing non-contact optical measuring instruments are suitable for their intended purpose, but still need improvement, especially optical measuring instruments that allow an operator to select an operation mode from a plurality of operation modes. Need to provide.

本発明の1つの態様によれば、座標測定機器は、光伝送システムと、第一の光源と第一の光検出器と第一の電気回路を含む第一の絶対距離計であって、第一の光源は光伝送システムを通じて第一の光をレトロリフレクタターゲットに送るように構成され、第一の光検出器はさらに、第一の光がレトロリフレクタターゲットによって反射されたことに応答して第一の電気信号を生成して、第一の電気信号を第一の電気回路に送信するように構成され、第一の電気回路は、座標測定機器からレトロリフレクタターゲットまでの第一の距離を、少なくとも一部に第一の電気信号に基づいて判断するように構成されるような第一の絶対距離計と、第二の光源と調節可能焦点調整機構と第二の光検出器と第二の電気回路を含む第二の絶対距離計であって、第二の光源は調節可能焦点調整機構光伝送システムを通じて第二の光を物体表面へと送るように構成され、第二の光検出器は、物体表面により反射され、光伝送システムを通過した第二の光を受け取るように構成され、第二の光検出器はさらに、第二の光が物体表面により反射されたことに応答して第二の電気信号を生成し、第二の電気信号を第二の電気回路に送信するように構成され、第二の電気回路は、座標測定機器から物体表面までの第二の距離を、少なくとも一部に第二の電気信号に基づいて判断するように構成されるような第二の絶対距離計と、光伝送システムと第一の絶対距離計と第二の絶対距離計に動作的に連結された構造と、構造を第一の軸の周囲で回転させるように構成された第一のモータと、構造に動作的に連結された第一の角度変換器であって、第一の軸の周囲の第一の回転角度を測定するように構成された第一の角度変換器と、構造を第二の軸の周囲で回転させるように構成された第二のモータであって、第二の軸が第一の軸に対して実質的に垂直であるような第二のモータと、構造に動作的に連結された第二の角度変換器であって、第二の軸の周囲の第二の回転角度を測定するように構成された第二の角度変換器と、位置検出器であって、座標測定機器により発せられ、レトロリフレクタターゲットによって反射された放射の一部を受け取るように構成され、少なくとも一部に放射の一部が位置検出器に当たる位置に基づいて第三の電気信号を生成するように構成された位置検出器と、プロセッサであって、第一のモードと第二のモードで動作するように構成されたコンピュータ読取可能媒体を有するプロセッサと、を含み、第一のモードは、レトロリフレクタターゲットを少なくとも一部に第三の電気信号に基づいて追跡するステップと、レトロリフレクタターゲットの第一の三次元座標を、少なくとも一部に第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットまでの第一の回転角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第二の角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第一の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、第二の光を物体表面に向けるステップと、物体表面上のある点の第二の三次元座標を、少なくとも一部に物体表面上のその点までの第一の回転角度と物体表面上のその点の第二の回転角度と物体表面上のその点の第二の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、調節可能焦点調整機構を調節するステップをさらに含む。   According to one aspect of the present invention, the coordinate measuring instrument is a first absolute distance meter including an optical transmission system, a first light source, a first photodetector, and a first electric circuit, The one light source is configured to send the first light to the retro-reflector target through the light transmission system, and the first light detector is further responsive to the first light being reflected by the retro-reflector target. Generating an electrical signal and transmitting the first electrical signal to the first electrical circuit, the first electrical circuit having a first distance from the coordinate measuring instrument to the retroreflector target, A first absolute rangefinder configured to determine at least in part based on the first electrical signal; a second light source; an adjustable focus adjustment mechanism; a second photodetector; and a second A second absolute distance meter including an electric circuit, The second light source is configured to send a second light to the object surface through the adjustable focus adjustment mechanism light transmission system, and the second light detector is reflected by the object surface and passed through the light transmission system. The second light detector is further configured to generate a second electrical signal in response to the second light being reflected by the object surface and to generate the second electrical signal. Configured to transmit to a second electrical circuit, wherein the second electrical circuit determines a second distance from the coordinate measuring instrument to the object surface based at least in part on the second electrical signal A second absolute distance meter as configured, a structure operatively coupled to the optical transmission system, the first absolute distance meter and the second absolute distance meter, and rotating the structure about the first axis; A first motor configured to be operatively coupled to the structure A first angle converter configured to measure a first rotation angle about a first axis and to rotate the structure about a second axis; A second motor configured with a second motor such that the second axis is substantially perpendicular to the first axis, and a second angle operatively coupled to the structure A transducer, a second angle transducer configured to measure a second rotation angle about a second axis, and a position detector, emitted by a coordinate measuring instrument and retroreflector A position detector configured to receive a portion of the radiation reflected by the target and configured to generate a third electrical signal based on a position where at least a portion of the radiation strikes the position detector; A processor to operate in a first mode and a second mode A processor having a computer readable medium configured to track a retroreflector target based at least in part on a third electrical signal; and a first of the retroreflector target The three-dimensional coordinates are determined at least in part by a first rotation angle to the retroreflector target at the first position, a second angle of the retroreflector target at the first position, and a first of the retroreflector target at the first position. The second mode includes directing the second light to the object surface, and a second three-dimensional coordinate of a point on the object surface at least in part. The first rotation angle to that point on the object, the second rotation angle of that point on the object surface and the second distance of that point on the object surface Comprising the step of determining by Zui, second mode, further comprising the step of adjusting the adjustable focus adjustment mechanism.

本発明の座標測定機器において、光伝送システムは、内側光路と外側光路を有し、外側光路は内側光路と同軸で、内側光路の外側にあり、第一の光検出器は、レトロリフレクタターゲットにより反射され、光伝送システムの内側光路を通過した第一の光を受け取るように構成され、第二の光検出器は、物体表面により反射され、光伝送システムの外側光路を通過した第二の光を受け取るように構成されることとしても好適である。   In the coordinate measuring instrument of the present invention, the optical transmission system has an inner optical path and an outer optical path, the outer optical path is coaxial with the inner optical path and is outside the inner optical path, and the first photodetector is a retroreflector target. The second light detector is configured to receive the first light reflected and passed through the inner optical path of the light transmission system, and the second light detector is reflected by the object surface and passed through the outer light path of the light transmission system. It is also preferable that it is comprised so that it may receive.

また、本発明の座標測定機器において、構造を一方向に回転させることによって、螺旋状の経路に沿って第二の光を発することとしても好適であるし、光伝送システムは、物体表面により反射された第二の光の一部を受け取るように位置付けられた環状開口をさらに含むこととしても好適である。   In the coordinate measuring instrument of the present invention, it is also preferable to emit the second light along the spiral path by rotating the structure in one direction, and the optical transmission system is reflected by the object surface. It is also preferable to further include an annular opening positioned to receive a portion of the second light that has been produced.

また、本発明の座標測定機器において、プロセッサは、第二の絶対距離計が第二の光を発しているときに第一の光を発するように構成されることとしても好適である。   In the coordinate measuring instrument of the present invention, it is also preferable that the processor is configured to emit the first light when the second absolute distance meter emits the second light.

また、本発明の座標測定機器において、第一の光の波長は約700ナノメートルであることとしても好適であるし、第二の光の波長は約1550ナノメートルであることとしても好適である。   In the coordinate measuring instrument of the present invention, the wavelength of the first light is preferably about 700 nanometers, and the wavelength of the second light is also preferably about 1550 nanometers. .

本発明の他の態様によれば、座標測定機器は、構造と、構造を第一の軸の周囲で回転させるように構成された第一のモータと、構造に動作的に連結された第一の角度変換器であって、第一の軸の周囲の第一の回転角度を測定するように構成された第一の角度変換器と、構造を第二の軸の周囲で回転させるように構成された第二のモータであって、第二の軸が第一の軸に対して実質的に垂直であり、第二の軸の投影が第一の軸の投影とジンバル点で交差するような第二のモータと、構造に動作的に連結された第二の角度変換器であって、第二の軸の周囲の第二の回転角度を測定するように構成された第二の角度変換器と、構造に動作的に連結された光伝送システムと、構造に動作的に連結された第一の絶対距離計であって、第一の光源と第一の光検出器と第一の電気回路を含み、第一の光源は第一の光伝送システムを通じて第一の光を、ジンバル点からレトロリフレクタターゲットまで延びる第一の線の一部に沿って送るように構成され、第一の線は第一の軸に垂直であり、第一の光検出器はレトロリフレクタターゲットにより反射され、光伝送システムを通過した第一の光を受け取るように構成され、第一の光検出器はさらに、第一の光がレトロリフレクタターゲットにより反射されたことに応答して第一の電気信号を生成し、第一の電気信号を第一の電気回路に伝送するように構成され、第一の電気回路は座標測定機器からレトロリフレクタターゲットまでの第一の距離を、少なくとも一部に第一の電気信号に基づいて判断するように構成されるような第一の絶対距離計と、構造に動作的に連結された第二の絶対距離計であって、第二の光源と調節可能焦点調整機構と第二の光検出器と第二の電気回路を含み、第二の光源は、調節可能焦点調整機構と光伝送システムを通じて第二の光を、ジンバル点から物体表面まで延びる第二の線の一部に沿って送るように構成され、第二の線は第一の軸に垂直であり、第二の線は第一の線とは異なり、第二の光検出器は、物体表面により反射され、光伝送システムを通過した第二の光を受け取るように構成され、第二の光検出器はさらに、第二の光が物体表面によって反射されたことに応答して第二の電気信号を生成し、第二の電気信号を第二の電気回路に送信するように構成され、第二の電気回路は、座標測定機器から物体表面までの第二の距離を、少なくとも一部に第二の電気信号に基づいて判断するように構成されているような第二の絶対距離計と、位置検出器であって、座標測定機器によって発せられ、レトロリフレクタターゲットによって反射された放射の一部を受け取るように構成され、第三の電気信号を、少なくとも一部に光放射の一部が位置検出器に当たる位置に基づいて生成するように構成されるような位置検出器と、プロセッサであって、第一のモードと第二のモードで動作するように構成されたコンピュータ読取可能媒体を有するプロセッサと、を含み、第一のモードは、レトロリフレクタターゲットを、少なくとも一部に第三の電気信号に基づいて追跡するステップと、レトロリフレクタターゲットの第一の三次元座標を、少なくとも一部に第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第一の回転角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットまでの第二の回転角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第一の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、構造を第一の軸の周囲で回転させるステップと、物体表面上の点の第二の三次元座標を、少なくとも一部に物体表面上のその点までの第一の回転角度と物体表面上のその点までの第二の回転角度と物体表面上のその点の第二の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、調節可能焦点調整機構を調節するステップをさらに含む。   According to another aspect of the invention, a coordinate measuring instrument includes a structure, a first motor configured to rotate the structure about a first axis, and a first operatively coupled to the structure. A first angle transducer configured to measure a first rotation angle about a first axis and a structure configured to rotate the structure about a second axis A second motor, wherein the second axis is substantially perpendicular to the first axis, and the projection of the second axis intersects the projection of the first axis at the gimbal point. A second angle converter operably coupled to the second motor and the structure, the second angle converter configured to measure a second rotation angle about the second axis An optical transmission system operatively coupled to the structure, and a first absolute rangefinder operatively coupled to the structure, the first light source and the first Including a detector and a first electrical circuit, wherein the first light source transmits the first light through the first optical transmission system along a portion of the first line extending from the gimbal point to the retro-reflector target. Configured, the first line is perpendicular to the first axis, the first photodetector is configured to receive the first light reflected by the retroreflector target and passed through the optical transmission system; The photodetector is further configured to generate a first electrical signal in response to the first light reflected by the retroreflector target and to transmit the first electrical signal to the first electrical circuit. And the first electrical circuit is configured to determine a first distance from the coordinate measuring instrument to the retroreflector target based at least in part on the first electrical signal. And the structure An operably coupled second absolute distance meter comprising a second light source, an adjustable focus adjustment mechanism, a second photodetector and a second electrical circuit, wherein the second light source is adjustable; Configured to send a second light along a portion of the second line extending from the gimbal point to the object surface through the focus adjustment mechanism and the light transmission system, the second line being perpendicular to the first axis The second line is different from the first line, the second light detector is configured to receive the second light reflected by the object surface and passed through the light transmission system. The apparatus is further configured to generate a second electrical signal in response to the second light reflected by the object surface and to transmit the second electrical signal to the second electrical circuit, The electrical circuit of the second electrical signal, at least in part, from the coordinate measuring device to the object surface. A second absolute rangefinder, such as configured to determine on the basis of the signal, and a position detector to receive a portion of the radiation emitted by the coordinate measuring instrument and reflected by the retro-reflector target A position detector configured to generate a third electrical signal based at least in part on a position where a portion of the light radiation strikes the position detector; and a processor, And a processor having a computer readable medium configured to operate in a second mode, wherein the first mode is based at least in part on the third electrical signal based on the retroreflector target. Tracking and the first three-dimensional coordinates of the retroreflector target at least partially in the first position of the retroreflector target at the first position. Determining based on the rotation angle and the second rotation angle to the retro-reflector target at the first position and the first distance of the retro-reflector target at the first position, the second mode comprising: Rotating around one axis and the second three-dimensional coordinates of the point on the object surface at least partially to the first rotation angle to that point on the object surface and to that point on the object surface Determining based on the second rotation angle and a second distance of the point on the object surface, the second mode further comprising adjusting the adjustable focus adjustment mechanism.

また、本発明の座標測定機器において、第一の線は第一の半径方向に延び、第二の線は第二の半径方向に延びて、それらの間に角度をなし、角度が5度〜180度であることとしても好適であるし、角度が90度であること、としても好適である。   In the coordinate measuring instrument of the present invention, the first line extends in the first radial direction, the second line extends in the second radial direction, and an angle is formed between them, and the angle is 5 degrees to It is preferable that the angle is 180 degrees, and that the angle is 90 degrees.

本発明の他の態様によれば、座標測定機器は、光伝送システムと、第一の光源と第一の光検出器と第一の電気回路を含む第一の絶対距離計であって、第一の光源は、光伝送システムを通じて第一の光をレトロリフレクタターゲットへと送るように構成され、第一の光検出器はレトロリフレクタターゲットによって反射され、光伝送システムを通過した第一の光を受け取るように構成され、第一の光検出器はさらに、第一の光がレトロリフレクタターゲットにより反射されたことに応答して第一の電気信号を生成し、第一の電気信号を第一の電気回路に送信するように構成され、第一の電気回路は、座標測定機器からレトロリフレクタターゲットまでの第一の距離を、少なくとも一部に第一の電気信号に基づいて判断するように構成されているような第一の絶対距離計と、第二の光源と調節可能焦点調整機構と第二の光検出器と第二の電気回路を含む第二の絶対距離計であって、第二の光源は、調節可能焦点調整機構と光伝送システムを通じて第二の光を物体表面へと送るように構成され、第二の光検出器は、物体表面により反射され、光伝送システムを通過した第二の光を受け取るように構成され、第二の光検出器はさらに、第二の光が物体表面により反射されたことに応答して第二の電気信号を生成し、第二の電気信号を第二の電気回路に送信するように構成され、第二の電気回路は、座標測定機器から物体表面までの第二の距離を、少なくとも一部に第二の電気信号に基づいて判断するように構成されているような第二の絶対距離計と、光伝送システムと第一の絶対距離計と第二の絶対距離計に動作的に連結された構造であって、回転するように取り付けられたミラーを含み、ミラーは第一の光と第二の光の光路内に配置されているような構造と、構造を第一の軸の周囲で回転させるように構成された第一のモータと、構造に動作的に連結された第一の角度変換器であって、第一の軸の周囲の第一の回転角度を測定するように構成された第一の角度変換器と、ミラーを第二の軸の周囲で回転させるように構成された第二のモータであって、第二の軸は第一の軸に実質的に垂直であるような第二のモータと、ミラーに動作的に接続された第二の角度変換器であって、第二の軸の周囲の第二の回転角度を測定するように構成された第二の角度変換器と、位置検出器であって、座標測定機器により発せられ、レトロリフレクタターゲットにより反射された放射の一部を受け取るように構成され、第三の電気信号を、少なくとも一部に放射の一部が位置検出器に当たる位置に基づいて生成するように構成された位置検出器と、プロセッサであって、第一のモードと第二のモードで動作するように構成されたコンピュータ読取可能媒体を有するプロセッサと、を含み、第一のモードは、レトロリフレクタターゲットを、少なくとも一部に第三の電気信号に基づいて追跡するステップと、レトロリフレクタターゲットの第一の三次元座標を、少なくとも一部に第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットまでの第一の回転角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットまでの第二の回転角度と、第一の位置におけるレトロリフレクタの第一の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、構造を第一の軸の周囲で回転させるステップと、物体表面上のある点の第二の三次元座標を、少なくとも一部に物体表面上のその位置までの第一の回転角度と物体表面上のその位置までの第二の回転角度と物体表面上のその点の第二の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、調節可能焦点調整機構を調節するステップをさらに含む。   According to another aspect of the present invention, the coordinate measuring instrument is a first absolute distance meter including an optical transmission system, a first light source, a first photodetector, and a first electric circuit, One light source is configured to send a first light through a light transmission system to a retroreflector target, and a first light detector reflects the first light reflected by the retroreflector target and passed through the light transmission system. Configured to receive, the first photodetector further generates a first electrical signal in response to the first light reflected by the retroreflector target, and the first electrical signal is the first electrical signal. Configured to transmit to an electrical circuit, wherein the first electrical circuit is configured to determine a first distance from the coordinate measuring instrument to the retroreflector target based at least in part on the first electrical signal. ing A second absolute distance meter including a first absolute distance meter, a second light source, an adjustable focus adjustment mechanism, a second photodetector and a second electrical circuit, wherein the second light source is: The second light detector is configured to send the second light to the object surface through the adjustable focus adjustment mechanism and the light transmission system, and the second light detector reflects the second light reflected by the object surface and passed through the light transmission system. Configured to receive, the second photodetector further generates a second electrical signal in response to the second light being reflected by the object surface, and the second electrical signal is transmitted to the second electrical signal. Configured to transmit to the circuit, and the second electrical circuit is configured to determine a second distance from the coordinate measuring device to the object surface based at least in part on the second electrical signal Such as the second absolute distance meter, the optical transmission system and the first absolute distance meter and the second A structure that is operatively coupled to the absolute rangefinder, including a mirror mounted for rotation, wherein the mirror is disposed in the optical path of the first light and the second light; A first motor configured to rotate the structure about the first axis and a first angle transducer operatively coupled to the structure, the first angle converter about the first axis A first angle transducer configured to measure a rotation angle of the second motor and a second motor configured to rotate the mirror about the second axis, the second axis being the first A second motor, substantially perpendicular to the axis of the second, and a second angle transducer operatively connected to the mirror, measuring a second rotation angle about the second axis A second angle transducer configured as described above, and a position detector, emitted by a coordinate measuring instrument, and retro-reflector A position detector configured to receive a portion of the radiation reflected by the target and configured to generate a third electrical signal based at least in part on a position where the portion of the radiation strikes the position detector And a processor having a computer readable medium configured to operate in a first mode and a second mode, wherein the first mode at least partially includes the retroreflector target Tracking based on the third electrical signal to the first three-dimensional coordinates of the retroreflector target, at least in part, the first rotation angle and the first position to the retroreflector target at the first position Based on the second rotation angle to the retroreflector target at the first position and the first distance of the retroreflector at the first position. And the second mode comprises rotating the structure about the first axis and a second three-dimensional coordinate of a point on the object surface at least partially in its position on the object surface. Including a step of determining based on a first rotation angle up to and a second rotation angle up to that position on the object surface and a second distance of that point on the object surface, the second mode being adjustable The method further includes adjusting the focus adjustment mechanism.

また、本発明の座標測定機器において、第二のモードにおいて、第一のモータは構造を第一の速度で回転させ第二のモータはミラーを第二の速度で回転させ、第二の速度は第一の速度より速いこととしても好適であるし、第二のモードは、構造を第一の軸の周囲で一方向に回転させるステップを含むこととしても好適である。   In the coordinate measuring instrument of the present invention, in the second mode, the first motor rotates the structure at the first speed, the second motor rotates the mirror at the second speed, and the second speed is It is also preferred that it is faster than the first speed, and the second mode is also suitable as including the step of rotating the structure in one direction around the first axis.

上記およびその他の利点と特徴は、以下の説明を図面と共に読むことによってより明らかとなるであろう。   These and other advantages and features will become more apparent when the following description is read in conjunction with the drawings.

本発明とみなされる主旨は明細書の末尾の特許請求の範囲において具体的に指摘され、明確に請求されている。本発明の上記およびその他の特徴と利点は、以下の詳細な説明を添付の図面と共に読むことから明らかとなる。   The subject matter regarded as the invention is particularly pointed out and distinctly claimed in the claims at the end of the specification. These and other features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description when read in conjunction with the accompanying drawings.

本発明は、オペレータが複数の動作モードの中から動作モードを選択できるような光学測定機器を提供することができる。   The present invention can provide an optical measuring instrument that allows an operator to select an operation mode from a plurality of operation modes.

本発明のある実施形態による光学測定機器の斜視図である。1 is a perspective view of an optical measurement device according to an embodiment of the present invention. 機器内にセンサを含む、トラッカ部分およびスキャナ部分の位置を示す、図1の光学測定機器の部分斜視図である。2 is a partial perspective view of the optical measurement instrument of FIG. 1 showing the position of a tracker portion and a scanner portion including sensors in the device. 図1の機器のための電気およびコンピューティングシステムのブロック図である。2 is a block diagram of an electrical and computing system for the device of FIG. 本発明のある実施形態による光学測定機器のブロック図を含む、図1のペイロード部分の装置の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of the apparatus of the payload portion of FIG. 1 including a block diagram of an optical measurement instrument according to an embodiment of the present invention. 図1の光学測定機器のレーザトラック部分のための絶対距離計(ADM)。2 is an absolute distance meter (ADM) for the laser track portion of the optical measurement instrument of FIG. 図4に示すファイバネットワークのブロック図である。It is a block diagram of the fiber network shown in FIG. 図4に示すファイバネットワークのブロック図である。It is a block diagram of the fiber network shown in FIG. 図7に示すレトロリフレクタのブロック図である。It is a block diagram of the retro reflector shown in FIG. 図7に示すレトロリフレクタの他のブロック図である。It is another block diagram of the retro reflector shown in FIG. 図4に示すファイバネットワークの他のブロック図である。It is another block diagram of the fiber network shown in FIG. トラッカとスキャナからの光が投射される際の光軸を示す、図1の機器の概略図である。It is the schematic of the apparatus of FIG. 1 which shows the optical axis when the light from a tracker and a scanner is projected. スキャナ部分とトラッカ部分の他の実施形態を示す、図1の機器の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the apparatus of FIG. 1 showing another embodiment of a scanner portion and a tracker portion. スキャナ部分とトラッカ部分の他の実施形態を示す、図1の機器の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the apparatus of FIG. 1 showing another embodiment of a scanner portion and a tracker portion. スキャナ部分とトラッカ部分の他の実施形態を示す、図1の機器の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the apparatus of FIG. 1 showing another embodiment of a scanner portion and a tracker portion. 本発明のある実施形態による第一の動作モードの光学測定機器の概略図である。1 is a schematic diagram of an optical measurement instrument in a first mode of operation according to an embodiment of the present invention. FIG. 第二の動作モードの第一の光学測定機器の概略図である。It is the schematic of the 1st optical measuring instrument of a 2nd operation mode. 光学測定機器を動作させるステップを示すフロー図である。It is a flowchart which shows the step which operates an optical measuring instrument. 光学測定機器を動作させるステップを示すフロー図である。It is a flowchart which shows the step which operates an optical measuring instrument. ある実施形態によるスキャナ−トラッカから2つの異なる方向にトラッカ光とスキャナ光を発する装置を示す図である。FIG. 2 illustrates an apparatus that emits tracker light and scanner light in two different directions from a scanner-tracker according to an embodiment. 本発明のある実施形態による、回転ミラーを使ってトラッカからレトロリフレクタへと光ビームを方向付けるスキャナ−トラッカ装置の概略図である。1 is a schematic diagram of a scanner-tracker device that directs a light beam from a tracker to a retro-reflector using a rotating mirror, according to an embodiment of the invention. FIG. 本発明のある実施形態による光学測定機器のブロック図を含む、図1の装置ペイロード部分の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of the apparatus payload portion of FIG. 1 including a block diagram of an optical measurement instrument according to an embodiment of the present invention. トラッカ部分およびスキャナ部分からの光が投射される際の光軸を示す、図1の機器の概略図である。It is the schematic of the apparatus of FIG. 1 which shows the optical axis when the light from a tracker part and a scanner part is projected. 本発明のある実施形態による第一の動作モードの光学測定機器の概略図である。1 is a schematic diagram of an optical measurement instrument in a first mode of operation according to an embodiment of the present invention. FIG. 第二の動作モードの図1の光学測定機器の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of the optical measurement instrument of FIG. 1 in a second operation mode. ある実施形態によるスキャナ−トラッカから2つの異なる方向にトラッカ光とスキャナ光を発する装置を示す図である。FIG. 2 illustrates an apparatus that emits tracker light and scanner light in two different directions from a scanner-tracker according to an embodiment. ある実施形態による調節可能焦点調整機構の概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram of an adjustable focus adjustment mechanism according to an embodiment.

詳細な説明では、本発明の実施形態を例として、図を参照しながら利点と特徴と共に説明する。   In the detailed description, an embodiment of the present invention will be described as an example together with advantages and features with reference to the drawings.

本発明の実施形態は、レーザトラッカとしても、レーザスキャナとしても動作できる光学測定機器を提供する。これは、通常はオペレータが手に持つ協力的ターゲットを用いるより高精度の測定と、通常はオペレータが積極的に支援しない高速で(通常は)より低精度の測定の何れも可能であるという利点を提供する。これら2つの動作モードは、単独の一体型機器で提供される。   Embodiments of the present invention provide an optical measurement instrument that can operate as both a laser tracker and a laser scanner. This has the advantage of being able to do both higher-precision measurements, usually using collaborative targets that the operator has in hand, and higher-speed (usually) lower-precision measurements that are usually not actively supported by the operator. I will provide a. These two modes of operation are provided in a single integrated device.

ここで、図1−2を参照すると、複数の動作モードを提供する座標測定機器30が示されている。機器30は筐体32を有し、その中にレーザトラッキング機能をサポートするトラッカ部分34とスキャナ機能をサポートするスキャナ部分36が含まれる。例示的なジンバル式ビームステアリング機構38はゼニスキャリッジ42を含み、これはアジマスベース40の上に取り付けられ、アジマス軸44の周囲で回転する。ペイロード構造46は、ゼニス軸48の周囲で回転するゼニスキャリッジ42の上に取り付けられる。ゼニス軸48とアジマス軸44は、機器30の内部で、ジンバル点50において垂直に交差する。ジンバル点50は一般に、距離および角度測定の原点である。1つまたは複数の光ビーム52は事実上、ジンバル点50を通過する。発せられた光ビームはゼニス軸48に垂直な方向に向けられる。換言すれば、光ビーム52は、ゼニス軸48に略垂直でアジマス軸44を含む平面内にある。光ビーム52は、ペイロード構造46をゼニス軸48の周囲で回転させ、およびゼニスキャリッジ42をアジマス軸44の周囲で回転させることによって、所望の方向に向けられる。   Referring now to FIGS. 1-2, a coordinate measuring device 30 that provides a plurality of operating modes is shown. The device 30 has a housing 32, which includes a tracker portion 34 that supports a laser tracking function and a scanner portion 36 that supports a scanner function. The exemplary gimbal beam steering mechanism 38 includes a zenith carriage 42 that is mounted on an azimuth base 40 and rotates about an azimuth axis 44. The payload structure 46 is mounted on a zenith carriage 42 that rotates about a zenith shaft 48. The zenith axis 48 and the azimuth axis 44 intersect perpendicularly at the gimbal point 50 within the device 30. The gimbal point 50 is generally the origin of distance and angle measurements. One or more light beams 52 effectively pass through the gimbal point 50. The emitted light beam is directed in a direction perpendicular to the zenith axis 48. In other words, the light beam 52 is in a plane that is substantially perpendicular to the zenith axis 48 and includes the azimuth axis 44. The light beam 52 is directed in the desired direction by rotating the payload structure 46 about the zenith axis 48 and rotating the zenith carriage 42 about the azimuth axis 44.

ゼニスモータ51とゼニス角度エンコーダ54が筐体32の内部に配置され、ゼニス軸48と一直線にされたゼニス機械軸に取り付けられる。アジマスモータ55とアジマス角度エンコーダ56もまた機器30の内部に配置され、アジマス軸44と一直線にされたアジマス機械軸に取り付けられる。ゼニスモータ51およびアジマスモータ55は、ペイロード構造46を軸44、48の周囲で同時に回転させるように動作する。より詳しくは後述するように、スキャナモードでは、ゼニスモータ51およびアジマスモータ55は各々、単独の方向に動作させられ、その結果、スキャナ光は方向を逆転させない連続的経路をたどる。ゼニスおよびアジマス角度エンコーダ54,56は、ゼニスおよびアジマス回転角度を比較的高い精度で測定する。   A zenith motor 51 and a zenith angle encoder 54 are disposed within the housing 32 and are attached to a zenith machine shaft that is aligned with the zenith shaft 48. An azimuth motor 55 and an azimuth angle encoder 56 are also disposed within the instrument 30 and are attached to an azimuth machine shaft that is aligned with the azimuth shaft 44. Zenith motor 51 and azimuth motor 55 operate to rotate payload structure 46 about axes 44 and 48 simultaneously. As will be described in detail later, in the scanner mode, the Zenith motor 51 and the azimuth motor 55 are each operated in a single direction, and as a result, the scanner light follows a continuous path that does not reverse the direction. Zenith and azimuth angle encoders 54 and 56 measure zenith and azimuth rotation angles with relatively high accuracy.

光ビーム52はターゲット58まで進み、これが光ビーム52を反射して機器30へと戻す。ターゲット58は非協力的ターゲットであってもよく、これは例えば物体表面58´である。あるいは、ターゲット58はレトロリフレクタであってもよく、これは例えば測定球(spherically mounted retroreflector)(SMR)である。ジンバル点50とターゲット58との間の半径方向の距離とゼニス軸48の周囲の回転角度とアジマス軸44の周囲の回転角度を測定することによって、ターゲット58の位置が機器30の球座標系内で見つけられてもよい。本明細書中でより詳しく述べるように、機器30は1つまたは複数のミラー、レンズ、または開口を含み、これらが光を方向付け、受け取る光伝送システムを画定する。   The light beam 52 travels to the target 58, which reflects the light beam 52 back to the instrument 30. Target 58 may be a non-cooperative target, such as object surface 58 '. Alternatively, the target 58 may be a retro-reflector, for example, a spherically mounted retroreflector (SMR). By measuring the radial distance between the gimbal point 50 and the target 58, the rotation angle around the zenith axis 48, and the rotation angle around the azimuth axis 44, the position of the target 58 is within the spherical coordinate system of the instrument 30. May be found at. As described in more detail herein, the instrument 30 includes one or more mirrors, lenses, or apertures that define an optical transmission system that directs and receives light.

光ビーム52は、1つまたは複数の光波長を含んでいてもよく、これは例えば可視および赤外波長である。理解すべき点として、本明細書中の実施形態は、ジンバル式ビームステアリング機構38に関して説明されているが、他の種類のステアリング機構も使用できる。他の実施形態においては、例えばミラーがアジマスおよびゼニス軸44,48の周囲で回転させられてもよい。他の実施形態において、ガルボミラーを使って光を誘導してもよい。例示的実施形態と同様に、これらの他の実施形態(例えばガルボミラー)は、以下により詳しく述べるように方向を逆転させないある経路に沿った単独の方向に光を誘導するために使用されてよい。   The light beam 52 may include one or more light wavelengths, such as visible and infrared wavelengths. It should be understood that although the embodiments herein are described with respect to a gimbal beam steering mechanism 38, other types of steering mechanisms can be used. In other embodiments, for example, the mirror may be rotated around the azimuth and zenith axes 44,48. In other embodiments, a galvo mirror may be used to guide the light. Similar to the exemplary embodiments, these other embodiments (eg, galvo mirrors) may be used to direct light in a single direction along a path that does not reverse direction, as described in more detail below. .

1つの実施形態において、磁気ネスト60がアジマスベース40の上に配置されてもよい。磁気ネスト60は、トラッカを大きさの異なるSMR、例えば1.5、7/8、および0.5インチ(38.1mm,22.225mm,12.7mm)SMR等の「ホームポジション」にリセットするためにトラッカ部分34と共に使用される。そして、機器上のレトロリフレクタが、トラッカ部分34を基準距離へとリセットするために使用されてもよい。さらに、ミラー(図示せず)をレトロリフレクタと共に使用して、自己補正の実行を可能にしてもよく、これは特許文献1に記載されており、特許文献1の全体を参照によって援用する。   In one embodiment, the magnetic nest 60 may be disposed on the azimuth base 40. The magnetic nest 60 resets the tracker to a “home position” such as SMRs of different sizes, for example 1.5, 7/8, and 0.5 inch (38.1 mm, 22.225 mm, 12.7 mm) SMRs. For use with the tracker portion 34. A retro-reflector on the device may then be used to reset the tracker portion 34 to a reference distance. In addition, a mirror (not shown) may be used with a retroreflector to allow self-correction to be performed, which is described in US Pat.

ここで、図3を参照すると、機器30の動作を制御するための例示的コントローラ64が示されている。コントローラ64は分散型処理システム66、温度センサ68、携帯情報端末72のための処理システム、外部コンピュータ74、およびここでは雲として示されているその他のネットワークコンポーネント76を含む。分散型処理システム66の例示的実施形態は、マスタプロセッサ78と、ペイロード機能電子部品ユニット80と、アジマスエンコーダ電子部品82と、ゼニスエンコーダ電子部品86と、ディスプレイおよびユーザインタフェース(UI)88と、リムーバブルストレージハードウェア90と、無線識別(radio frequency identification)(RFID)無線電子部品92と、アンテナ94と、を含む。ペイロード機能電子部品ユニット80は、例えばスキャナ電子部品96、カメラ電子部品98(図11のカラーカメラ168用)、ADM電子部品100、位置検出器(PSD)電子部品102、およびレベル電子部品104等の多数の機能を含む。ペイロード機能電子部品ユニット80の中の従属機能の一部または全部は少なくとも1つの処理ユニットを有し、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。   Now referring to FIG. 3, an exemplary controller 64 for controlling the operation of the device 30 is shown. The controller 64 includes a distributed processing system 66, a temperature sensor 68, a processing system for the personal digital assistant 72, an external computer 74, and other network components 76, shown here as clouds. An exemplary embodiment of the distributed processing system 66 includes a master processor 78, payload functional electronics unit 80, azimuth encoder electronics 82, Zenith encoder electronics 86, display and user interface (UI) 88, and removable. Storage hardware 90, radio frequency identification (RFID) wireless electronic component 92, and antenna 94 are included. The payload function electronic component unit 80 includes, for example, a scanner electronic component 96, a camera electronic component 98 (for the color camera 168 in FIG. 11), an ADM electronic component 100, a position detector (PSD) electronic component 102, a level electronic component 104, and the like. Includes many functions. Some or all of the dependent functions in the payload function electronic component unit 80 have at least one processing unit, which may be, for example, a digital signal processor (DSP) or a field programmable gate array (FPGA).

多くの種類の周辺機器を使用でき、例えば温度センサ68と携帯情報端末72がある。携帯情報端末72は、セルラー電気通信機器、例えばスマートフォンであってもよい。機器30は、周辺機器と様々な方法で通信してよく、例えばアンテナ94を通じた無線通信、カメラ等の映像システムによるもの、およびレーザトラッカから協力的ターゲットまでの距離と角度の読取りによる。周辺機器はプロセッサを含んでいてもよい。一般に、スキャナ電子部品、レーザトラッカ電子部品、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、これは使用可能な外部コンピュータとクラウドサポートを含むものとする。   Many types of peripheral devices can be used, for example, a temperature sensor 68 and a portable information terminal 72. The portable information terminal 72 may be a cellular telecommunication device such as a smartphone. The device 30 may communicate with peripheral devices in a variety of ways, such as by wireless communication through an antenna 94, by a video system such as a camera, and by reading the distance and angle from the laser tracker to a collaborative target. The peripheral device may include a processor. In general, where the terms scanner electronics, laser tracker electronics, or measuring instrument processor are used, this shall include available external computers and cloud support.

ある実施形態において、別の通信媒体またはバスがマスタプロセッサ78からペイロード機能電子部品ユニット80、82、86、88、90、92の各々へと延びる。各通信媒体は、例えば、データライン、クロックライン、フレームラインを含む3本のシリアルラインを有していてもよい。フレームラインは、電子部品ユニットはクロックラインに注意を払うべきであるか否かを示す。それが注意を払うべきであると示していれば、電子部品ユニットは、各クロック信号でデータラインの電流値を読み出す。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。1つの実施形態において、情報はデータライン上でパケットの形態で伝送される。他の実施形態において、各パケットはアドレス、数値、データメッセージ、およびチェックサムを含む。アドレスは、電子部品ユニット内のどこにデータメッセージが向けられるべきかを示す。場所は、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。データメッセージは、電子部品ユニットが実行するデータまたは命令を含む。チェックサムは、通信ライン上で伝送されるデータ内のエラーの発生確率を最小化するために使用される数値である。   In certain embodiments, another communication medium or bus extends from the master processor 78 to each of the payload functional electronics units 80, 82, 86, 88, 90, 92. Each communication medium 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 component 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 with each clock signal. The clock signal may correspond to, for example, a rising edge of a clock pulse. In one embodiment, the information is transmitted in the form of packets on the data line. In other embodiments, each packet includes an address, a numeric value, a data message, and a checksum. The address indicates where in the electronic component unit the data message should be directed. The location 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 executed by the electronic component unit. The checksum is a numerical value used to minimize the probability of occurrence of errors in the data transmitted on the communication line.

ある実施形態において、マスタプロセッサ78は情報パケットをバスライン106上でペイロード機能電子部品ユニット80に、バスライン108でアジマスエンコーダ電子部品82に、バスライン110上でゼニスエンコーダ電子部品86に、バス112上でディスプレイおよびUI電子部品88に、バス114上でリムーバブルストレージハードウェア90に、およびバス116上でRFIDおよび無線電子部品92へと伝送する。   In one embodiment, the master processor 78 sends information packets on the bus line 106 to the payload functional electronics unit 80, on the bus line 108 to the azimuth encoder electronics 82, on the bus line 110 to the Zenith encoder electronics 86, to the bus 112. Transmit to display and UI electronics 88 above, to removable storage hardware 90 on bus 114, and to RFID and wireless electronics 92 on bus 116.

ある実施形態において、マスタプロセッサ78はまた、synchバス118上で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パルスは機器30の測定機能により収集された数値を同期させる方法を提供する。例えば、ゼニスエンコーダ電子部品86内のアジマスエンコーダ電子部品82は、synchパルスが受信され次第、そのエンコーダ値をラッチする。同様に、ペイロード機能電子部品ユニット80は、ペイロード構造内に収容された電子部品により収集されたデータをラッチする。ADMおよび位置検出器はすべて、synchパルスが付与された時にデータをラッチする。ほとんどの実施形態において、カメラと傾斜計はsynchパルスレートより低速でデータを収集するが、synch期間の倍数ごとにデータをラッチしてもよい。   In certain embodiments, the master processor 78 also transmits a synchronization pulse on each of the electronic component units simultaneously on the sync bus 118. The sync pulse provides a way to synchronize the numerical values collected by the instrument 30 measurement function. For example, the azimuth encoder electronics 82 in the Zenith encoder electronics 86 latches the encoder value as soon as a sync pulse is received. Similarly, payload functional electronic component unit 80 latches data collected by electronic components housed within the payload structure. All ADMs and position detectors latch data when a sync pulse is applied. In most embodiments, the camera and inclinometer collect data at a rate slower than the sync pulse rate, but data may be latched every multiple of the sync period.

1つの実施形態において、アジマスエンコーダ電子部品82とゼニスエンコーダ電子部品86は、相互から、およびペイロード機能電子部品ユニット80からスリップリング(図示せず)によって分離される。スリップリングが使用される場合、バスライン106、108、110は別々のバスであってもよい。分散型処理システム66は、外部コンピュータ74と通信してもよく、あるいは機器30内の通信、ディスプレイ、UI機能を提供してもよい。機器30は、通信リンク120、例えばイーサネットラインまたは無線接続上で外部コンピュータ74と通信する。機器30はまた、雲76により表されるその他の要素とも通信リンク122上で通信してもよく、これは1本または複数の電気ケーブル、例えばイーサネットケーブル、または1つまたは複数の無線接続を含んでいてもよい。要素76は、例えば関節アームCMM等、他の三次元試験機器であってもよく、これは、機器30によって移動されてもよい。外部コンピュータ74と要素76との間の通信リンク124は、有線でも無線でもよい。外部コンピュータ74の前に座っているオペレータは、雲76で表されているインターネットにイーサネット(登録商標)または無線リンクで接続し、それがこれらをマスタプロセッサ78にイーサネット(登録商標)または無線リンク上で接続する。このようにして、利用者はリモート機器、例えばレーザトラッカの動作を制御できる。   In one embodiment, azimuth encoder electronics 82 and zenith encoder electronics 86 are separated from each other and from payload functional electronics unit 80 by a slip ring (not shown). If slip rings are used, the bus lines 106, 108, 110 may be separate buses. The distributed processing system 66 may communicate with the external computer 74, or may provide communication within the device 30, a display, and a UI function. The device 30 communicates with an external computer 74 over a communication link 120, such as an Ethernet line or a wireless connection. Device 30 may also communicate over communication link 122 with other elements represented by cloud 76, which includes one or more electrical cables, such as an Ethernet cable, or one or more wireless connections. You may go out. Element 76 may be other three-dimensional test equipment, such as an articulated arm CMM, which may be moved by equipment 30. Communication link 124 between external computer 74 and element 76 may be wired or wireless. An operator sitting in front of the external computer 74 connects to the Internet, represented by cloud 76, via an Ethernet or wireless link, which connects them to the master processor 78 over the Ethernet or wireless link. Connect with. In this way, the user can control the operation of a remote device, such as a laser tracker.

ここで図4を参照すると、トラッカ部分34とスキャナ部分36を有する機器30内のペイロード構造46のある実施形態が示されている。トラッカ部分34およびスキャナ部分36は統合されて、トラッカ部分34およびスキャナ部分36からの光を実質的に共通の内側光路上で発し、これは図1および1〜13の中で、光ビーム52により示されている。しかしながらトラッカ部分34およびスキャナ部分36により発せられた光は実質的に共通の光路上で移動するが、ある実施形態において、トラッカ部分34およびスキャナ部分36からの光ビームは異なるタイミングで発せられる。他の実施形態において、ビームは同時に発せられる。   Referring now to FIG. 4, one embodiment of a payload structure 46 within the instrument 30 having a tracker portion 34 and a scanner portion 36 is shown. The tracker portion 34 and the scanner portion 36 are integrated to emit light from the tracker portion 34 and the scanner portion 36 on a substantially common inner optical path, which is illustrated in FIGS. It is shown. However, although the light emitted by tracker portion 34 and scanner portion 36 travels on a substantially common optical path, in one embodiment, the light beams from tracker portion 34 and scanner portion 36 are emitted at different times. In other embodiments, the beams are emitted simultaneously.

トラッカ部分34は、光源126と、アイソレータ128と、ファイバネットワーク136と、ADM電子部品140と、ファイバ入射システム130と、ビームスプリッタ132と、位置検出器134と、を含む。ある実施形態において、光源126は可視光を発する。光源は例えば、赤色または緑色ダイオードレーザか、垂直キャビティ面発光レーザであってもよい。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126に戻される光の量を十分に減らすことのできるその他のあらゆる適当な機器であってもよい。アイソレータ128からの光はファイバネットワーク136へと進む。1つの実施形態において、ファイバネットワーク136は、図6に示されるファイバネットワークであり、これについては以下により詳しく説明する。位置検出器134は、光源126によって発せられ、ターゲット58によって反射された放射の一部を受け取るように配置される。位置検出器134は、信号をコントローラ64に供給するように構成される。信号は、コントローラ64によって、モータ51、55を作動させて、ターゲット58を追跡するように光ビーム52を誘導するために使用される。   The tracker portion 34 includes a light source 126, an isolator 128, a fiber network 136, an ADM electronics 140, a fiber injection system 130, a beam splitter 132, and a position detector 134. In some embodiments, the light source 126 emits visible light. The light source may be, for example, a red or green diode laser or a vertical cavity surface emitting laser. The isolator may be a Faraday isolator, an attenuator, or any other suitable device that can sufficiently reduce the amount of light returned to the light source 126. Light from the isolator 128 travels to the fiber network 136. In one embodiment, the fiber network 136 is the fiber network shown in FIG. 6, which will be described in more detail below. The position detector 134 is arranged to receive a portion of the radiation emitted by the light source 126 and reflected by the target 58. The position detector 134 is configured to provide a signal to the controller 64. The signal is used by the controller 64 to operate the motors 51, 55 to direct the light beam 52 to track the target 58.

ファイバネットワーク136に入射する光のうちの一部は、光ファイバ138上でADM電子部品140の基準チャネルへと伝送される。ファイバネットワーク136に入射する光のうちの他の部分は、ファイバネットワーク136とビームスプリッタ132を通過する。光はダイクロイックビームスプリッタ142に到達し、これはADM光源の波長の光を伝送するように構成される。トラッカ部分34からの光はペイロード構造46から開口146を通じて光路144に沿って射出する。トラッカ部分34からの光は、光路144に沿って進み、ターゲット58により反射され、光路144に沿って戻り、ペイロード構造46に開口146を通って再び入る。この戻り光は、ダイクロイックビームスプリッタ142を通過して、トラッカ部分34に戻る。戻り光の第一の部分はビームスプリッタ132を通過して、ファイバ入射システム130に入り、ファイバネットワーク136に入る。光の一部は光ファイバ148へと通過し、ADM電子部品140の測定チャネルの中に入る。戻り光の第二の部分は、ビームスプリッタ132により反射されて位置検出器134に入る。   Some of the light incident on the fiber network 136 is transmitted over the optical fiber 138 to the reference channel of the ADM electronic component 140. Other portions of the light incident on the fiber network 136 pass through the fiber network 136 and the beam splitter 132. The light reaches the dichroic beam splitter 142, which is configured to transmit light at the wavelength of the ADM light source. Light from the tracker portion 34 exits from the payload structure 46 through the opening 146 along the optical path 144. Light from tracker portion 34 travels along optical path 144, is reflected by target 58, returns along optical path 144, and reenters payload structure 46 through opening 146. This return light passes through the dichroic beam splitter 142 and returns to the tracker portion 34. The first portion of the return light passes through the beam splitter 132 and enters the fiber injection system 130 and enters the fiber network 136. Some of the light passes through the optical fiber 148 and enters the measurement channel of the ADM electronics 140. The second part of the return light is reflected by the beam splitter 132 and enters the position detector 134.

1つの実施形態において、ADM電子部品140は図5に示されているものである。ADM電子部品140は、周波数基準3302と、シンセサイザ3304と、測定検出器3306と、基準検出器3308と、測定ミキサ3310と、基準ミキサ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−デジタル変換器(ADC)3322と、を含む。周波数基準は、例えば恒温槽付水晶発振器であってもよく、例えば10MHzの基準周波数fREFをシンセサイザに送り、これが2つの電気信号、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。周波数fRFの信号は光源126に入る。周波数fLOの2つの信号は測定ミキサ3310と基準ミキサ3312に入る。光ファイバ138、148からの光はそれぞれ基準および測定チャネルに入射する。基準検出器3308と測定検出器3306は、光信号を電気信号に変換する。これらの信号をそれぞれコンディショニング電子部品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、絶対値fLO−fRFに等しい周波数fIFの信号を生成する。周波数fRFの信号は比較的高い周波数、例えば2GHzであり、その一方で周波数fIFの信号は比較的低い周波数、例えば10kHzを有していてもよい。 In one embodiment, the ADM electronic component 140 is that shown in FIG. The ADM electronic component 140 includes a frequency reference 3302, a synthesizer 3304, a measurement detector 3306, a reference detector 3308, a measurement mixer 3310, a reference mixer 3312, conditioning electronic components 3314, 3316, 3318, 3320, N A frequency division prescaler 3324 and an analog-to-digital converter (ADC) 3322 are included. The frequency reference may be, for example, a thermostat crystal oscillator, for example, sending a reference frequency f REF of 10 MHz to the synthesizer, which has two electrical signals: one signal at frequency f RF and two signals at frequency f LO. Is generated. A signal of frequency f RF enters the light source 126. Two signals of frequency f LO enter a measurement mixer 3310 and a reference mixer 3312. Light from optical fibers 138 and 148 is incident on 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 conditioning electronics 3316 and 3314, respectively, and transmitted to mixers 3312 and 3310, respectively. The mixer generates a signal with a frequency f IF equal to the absolute value f LO −f RF . The signal at frequency f RF may be a relatively high frequency, eg 2 GHz, while the signal at frequency f IF may have a relatively low frequency, eg 10 kHz.

基準周波数fREFはプリスケーラ3324に送信され、これが周波数を整数で割る。例えば、10MHzの周波数を40で割り、250kHzの出力周波数を得てもよい。この例において、ADC 3322に入る10kHzの信号は、20kHzのレートでサンプリングされ、これによって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、例えば1つまたは複数のデジタル信号プロセッサに送信される。 The reference frequency f REF is sent to the prescaler 3324, which divides the frequency by an integer. For example, a frequency of 10 MHz may be 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 20 kHz, which produces 25 samples per cycle. The signal from ADC 3322 is sent to data processor 3400, eg, one or more digital signal processors.

距離を抽出するための方法は、基準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らの特許文献2に詳しく説明されており、特許文献2の内容を参照によって本願に援用する。計算は、特許文献2の等式(1)〜(8)の使用を含む。これに加えて、ADMが最初にターゲットの測定を開始するとき、シンセサイザにより生成された周波数が何回か(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ありうるADM距離を比較することによって、ADM測定の曖昧さが排除される。特許文献2の等式(1)〜(8)を特許文献2に記載されている同期方法およびカルマンフィルタ方法と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。他の実施形態では、絶対距離測定値を得るのに他の方法を使用してもよく、これは例えばパルス式飛行時間法である。   The method for extracting the 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 Bridges et al., US Pat. No. 6,057,096, the contents of which are incorporated herein by reference. The calculation includes the use of equations (1) to (8) of Patent Document 2. In addition to this, when the ADM first starts measuring the target, the frequency generated by the synthesizer is changed several times (eg 3 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 equations (1) to (8) of Patent Document 2 with the synchronization method and Kalman filter method described in Patent Document 2, the ADM can measure the moving target. In other embodiments, other methods may be used to obtain absolute distance measurements, such as a pulsed time-of-flight method.

図4のファイバネットワーク136のある実施形態が、図6の中にファイバネットワーク420Aとして示されている。この実施形態は、第一の光ファイバカプラ430と、第二の光ファイバカプラ436と、低透過率リフレクタ435、440と、を含む。第一と第二の光ファイバカプラは、2×2カプラであり、各々が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近接させて設置し、その後、ファイバを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セント結合が、隣接するファイバへの光の所望の部分を分離することができる。光は第一の光ファイバカプラ430を通って進み、2つの経路、すなわち光ファイバ433を通って第二の光ファイバカプラ436に至る第一の経路と光ファイバ422とファイバ長等化手段423を通る第二の経路に分かれる。ファイバ長等化手段423は図4の光ファイバ138につながり、これはADM電子部品140の基準チャネルへと至る。ファイバ長等化手段423の目的は、基準チャネル内で光が通る光ファイバの長さを測定チャネル内で光が横断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と、周辺温度の変化に起因するADM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ファイバの平均屈折率にファイバの長さを乗じたものと等しいために生じるかもしれない。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によって、測定および基準チャネルの有効光路長を変化させる。測定チャネル内の光ファイバの有効光路長が基準チャネル内の光ファイバの有効光路長に関して変化すると、ターゲット58が静止したままにされたとしても、ターゲット58の位置が変化したように見える。この問題を回避するために、2つのステップが取られる。第一に、基準チャネル内のファイバ長を測定チャネル内のファイバ長にできるだけ一致させる。第二に、測定および基準ファイバをできるだけ横並びの状態で設置して、2つのチャネル内の光ファイバがほぼ同じ温度変化に曝されるようにする。   One embodiment of the fiber network 136 of FIG. 4 is shown as fiber network 420A in FIG. This embodiment includes a first optical fiber coupler 430, a second optical fiber coupler 436, and low transmittance reflectors 435, 440. The first and second optical fiber couplers are 2 × 2 couplers, each having two input ports and two output ports. This type of coupler is usually made by placing two fiber cores in close proximity and then drawing the fiber. In this way, evanescent coupling between the fibers can separate the desired portion of light into adjacent fibers. The light travels through the first optical fiber coupler 430 and passes through two paths, that is, the first path through the optical fiber 433 to the second optical fiber coupler 436, the optical fiber 422, and the fiber length equalizing means 423. Divided into a second route through. The fiber length equalization means 423 leads to the optical fiber 138 of FIG. 4, which leads to the reference channel of the ADM electronic component 140. The purpose of the fiber length equalization means 423 is to match the length of the optical fiber that the light passes in the reference channel with the length of the optical fiber that the light traverses in the measurement channel. Matching fiber lengths in this way reduces ADM errors due to ambient temperature changes. 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 length of the fiber. Since the refractive index of the optical fiber depends on the temperature of the fiber, the effective optical path length of the measurement and reference channels is changed by changing the temperature of the optical fiber. When the effective optical path length of the optical fiber in the measurement channel changes with respect to the effective optical path length of the optical fiber in the reference channel, the position of the target 58 appears to change even if the target 58 remains stationary. To avoid this problem, two steps are taken. First, the fiber length in the reference channel is matched as closely as possible to the fiber length in the measurement channel. Second, the measurement and reference fibers are placed as side by side as possible so that the optical fibers in the two channels are exposed to approximately the same temperature changes.

光は光ファイバ433を通って第二の光ファイバカプラ436に進み、2つの経路、すなわち低反射ファイバターミネータ440までの第一の経路と、それがファイバネットワークから出る光ファイバ438までの第二の経路に分かれる。   The light travels through the optical fiber 433 to the second optical fiber coupler 436 and has two paths: a first path to the low reflection fiber terminator 440 and a second optical fiber 438 that exits the fiber network. Divide into routes.

ファイバネットワーク136の他の実施形態が図7に示されている。この実施形態において、ファイバネットワーク136は第一の光ファイバカプラ457と、第二の光ファイバカプラ463と、2つの低反射ターミネータ462、467と、光スイッチ468と、レトロリフレクタ472と、光スイッチ468の電気入力469と、を含む。光スイッチ468にはいくつかの種類がある。市販され、比較的安価な種類はMEMS(micro−electro−mechanical system)型である。この種類は、例えば半導体構造の一部として構成される小型ミラーを使用してもよい。あるいは、スイッチはモジュレータとすることもでき、これは特定の波長での非常に高速な切り換えに利用でき、MEMS型スイッチより若干コストが高い。スイッチはまた、光減衰器から構成されてもよく、これは電気信号に応答してもよく、減衰器に送信される電気信号によりオン、オフされてもよい。光ファイバスイッチの選択において考慮してもよい仕様の説明は、Bridgesの特許文献3に記載されており、その内容を参照によって援用する。一般に、所望の性能と単純さを実現するために、スイッチは光ファイバスイッチであってもよい。理解するべき点として、上述の光スイッチの概念は、2色に基づくファイバネットワークにおいても同等に良好な性能を示すべきである。 Another embodiment of a fiber network 136 is shown in FIG. In this embodiment, the fiber network 136 includes a first optical fiber coupler 457, a second optical fiber coupler 463, two low reflection terminators 462, 467, an optical switch 468, a retroreflector 472, and an optical switch 468. Electrical input 469. There are several types of optical switches 468. A commercially available and relatively inexpensive type is the MEMS (micro-electro-mechanical system) type. This type may use, for example, a small mirror configured as part of a semiconductor structure. Alternatively, the switch can be a modulator, which can be used for very fast switching at a specific wavelength and is slightly more expensive than a MEMS switch. The switch may also consist of an optical attenuator, which may be responsive to an electrical signal and may be turned on and off by an electrical signal transmitted to the attenuator. A description of the specifications that may be considered in selecting an optical fiber switch is described in Bridges Patent Document 3, the contents of which are incorporated by reference. In general, the switch may be a fiber optic switch to achieve the desired performance and simplicity. It should be understood that the optical switch concept described above should perform equally well in a fiber network based on two colors.

ファイバネットワーク136は、光スイッチ468とレトロリフレクタ472を含む。通常、光はファイバ465から光スイッチ468の上側ポートを通り、光ファイバ470へと出る。しかしながら、時々、レーザトラッカがターゲットを測定していない時には、光スイッチ468は光信号を光ファイバ465から光ファイバ471へ、さらにレトロリフレクタ472へと分岐させる。光をレトロリフレクタ472に切り換える目的は、ADMシステムのコンポーネント内で熱ドリフトが発生しているかもしれない場合、これを取り除くことである。このようなコンポーネントは、例えば、光検出器等の光電子コンポーネント、ADMシステムの光ファイバ、ミキサ、アンプ、シンセサイザ、アナログ−デジタル変換器等のコンディショニング電子部品、およびレンズとレンズマウント等の光学コンポーネントを含んでいてもよい。例えば、初めに、測定チャネルの経路長が光をレトロリフレクタ472に分岐させる光スイッチ468を有する基準チャネルより20mm長いことがわかったと仮定する。その後、測定チャネルの経路長が光をレトロリフレクタ472へと分岐させる光スイッチ468を有する基準チャネル経路長より20.003mm長いことがわかったとする。ADMデータプロセッサは、その後のADM読取値から0.003mm差し引く。理解するべき点として、この手順は、トラッカがADM値をレーザトラッカのホームポジションに設定するたびに更新されるであろう。   The fiber network 136 includes an optical switch 468 and a retroreflector 472. Normally, light exits from the fiber 465 through the upper port of the optical switch 468 to the optical fiber 470. However, sometimes, when the laser tracker is not measuring the target, the optical switch 468 branches the optical signal from the optical fiber 465 to the optical fiber 471 and then to the retroreflector 472. The purpose of switching light to the retroreflector 472 is to remove any thermal drift that may have occurred in the components of the ADM system. Such components include, for example, optoelectronic components such as photodetectors, optical fibers of ADM systems, conditioning electronics such as mixers, amplifiers, synthesizers, analog-to-digital converters, and optical components such as lenses and lens mounts. You may go out. For example, suppose initially that the path length of the measurement channel was found to be 20 mm longer than the reference channel with the optical switch 468 that splits the light into the retroreflector 472. Then, suppose that the path length of the measurement channel is found to be 20.003 mm longer than the reference channel path length with the optical switch 468 that branches the light to the retroreflector 472. The ADM data processor will subtract 0.003 mm from subsequent ADM readings. It should be understood that this procedure will be updated each time the tracker sets the ADM value to the laser tracker home position.

ある実施形態において、レトロリフレクタ472は図8の光ファイバレトロリフレクタ472Aである。この種のレトロリフレクタ472は一般にフェルールであり、光ファイバがフェルールの端において研磨され、コーティング473で被覆され、これは例えば金または複数の層の誘電性薄膜であってもよい。他の実施形態において、レトロリフレクタ472は図9のフリースペース型レトロリフレクタ472Bであり、これはコリメータ474とレトロリフレクタ476を含み、これらは例えばキューブコーナレトロリフレクタスラグであってもよい。   In some embodiments, retroreflector 472 is the fiber optic retroreflector 472A of FIG. Such a retroreflector 472 is generally a ferrule, and the optical fiber is polished at the end of the ferrule and coated with a coating 473, which may be, for example, gold or a multi-layer dielectric film. In other embodiments, the retroreflector 472 is the free space retroreflector 472B of FIG. 9, which includes a collimator 474 and a retroreflector 476, which may be, for example, a cube corner retroreflector slug.

ファイバネットワーク136のまた別の実施形態が図10に示されている。この実施形態において、ファイバネットワーク136は第一の光ファイバカプラ1730と、第二の光ファイバカプラ1740と、第三のファイバカプラ1750と、3つの低反射ターミネータ1738、1748、1758と、を含む。光ファイバ1781からの光は、入力ポートでファイバネットワーク136に入射する。光は第一の光ファイバカプラ1730を通って進む。光の一部は光ファイバ138とファイバ長補正手段423を通ってからADM電子部品140の基準チャネルに入る。光の一部は第二の光ファイバカプラ1740と第三のファイバカプラ1750を通ってから、光ファイバ1753上に乗ってファイバネットワークから出る。光ファイバ1743からの光は第三のファイバカプラ1750に入射し、ここで第二の光源(図示せず)から光ファイバ1790を介した光と結合されて、複合光ビームを形成し、それが光ファイバ1753上で進む。光カプラ1750はダイクロイックカプラであり、それは、これが2つの波長を使用するように設計されているからである。光ファイバ1753内で運ばれた複合光ビームがレーザトラッカから出て、ターゲット58で反射された後、これはファイバネットワーク136に戻る。第一の光源からの光は第三のファイバカプラ1750、第二の光ファイバカプラ1740を通過して光ファイバ148に入り、これはADM電子部品140の測定チャネルへと至る。第二の光源(図示せず)からの光は光ファイバ1790に戻り、第二の光源(図示せず)へと戻る。   Another embodiment of a fiber network 136 is shown in FIG. In this embodiment, the fiber network 136 includes a first optical fiber coupler 1730, a second optical fiber coupler 1740, a third fiber coupler 1750, and three low reflection terminators 1738, 1748, 1758. Light from the optical fiber 1781 enters the fiber network 136 at the input port. Light travels through first optical fiber coupler 1730. Part of the light passes through the optical fiber 138 and the fiber length correction means 423 before entering the reference channel of the ADM electronic component 140. Part of the light passes through second optical fiber coupler 1740 and third fiber coupler 1750 and then rides on optical fiber 1753 and exits the fiber network. Light from optical fiber 1743 enters a third fiber coupler 1750 where it is combined with light from a second light source (not shown) through optical fiber 1790 to form a composite light beam, which Proceed over optical fiber 1753. The optical coupler 1750 is a dichroic coupler because it is designed to use two wavelengths. After the composite light beam carried in the optical fiber 1753 exits the laser tracker and is reflected by the target 58, it returns to the fiber network 136. The light from the first light source passes through the third fiber coupler 1750 and the second optical fiber coupler 1740 and enters the optical fiber 148, which reaches the measurement channel of the ADM electronic component 140. Light from the second light source (not shown) returns to the optical fiber 1790 and returns to the second light source (not shown).

カプラ1730、1740、および1750は溶融型であってもよい。この種の光カプラにより、2つのファイバコア/クラッド領域が相互に近付けられ、溶融される。その結果、コア間の光は、エバネセント結合により交換される。2つの異なる波長の場合、第一の波長を当初のファイバに沿って完全に伝送し、第二の波長を同じファイバ上で完全に結合することのできるエバネセント結合装置を設計することが可能である。通常、光がカプラ1750に完全に(100%)結合されることはない。しかしながら、2つまたはそれ以上の異なる波長のための良好な結合を提供する光ファイバカプラは、980nm、1300nm、および1550nm等の一般的な波長で市販されている。これに加えて、光ファイバカプラは、他の波長、例えば可視波長についても市販品を購入でき、それ以外の波長用に設計、製造されてもよい。例えば、図10おいて、光ファイバカプラ1750を、第一の波長の第一の光が光ファイバ1743から光ファイバ1753へと進み、光損失が低くなるように構成することが可能である。それと同時に、この装置を、光ファイバ1790上の第二の光を光ファイバ1753上で略完全に結合するように構成してもよい。したがって、第一の光と第二の光を、光ファイバカプラを通じて同じファイバ1753へと、わずかな損失で伝送することが可能である。波長が大きく異なる波長を結合する光カプラも市販されている。例えば、1310nmの波長の光を550nmの波長の光に結合するカプラが市販されている。単一横モードで両方の波長を伝播し、その一方で光ファイバ内での伝播中の光パワーの損失が比較的少なくなる長距離伝播のために、2つの波長が比較的相互に近いことが一般に望ましい。例えば、2つの選択された波長は633nmと780nmであり、これらは波長の数値において比較的相互に近く、長距離にわたり、高い損失を伴わずに、シングルモード光ファイバを通じて伝送できる。ファイバネットワーク136内のダイクロイックファイバカプラ1750の利点は、それがフリースペース型ビームスプリッタよりコンパクトである点である。これに加えて、ダイクロイックファイバカプラによれば、第一の光と第二の光が非常に良好に整列して、生産中に特別な光学的整合手順が不要となる。   Couplers 1730, 1740, and 1750 may be melted. With this type of optical coupler, the two fiber core / cladding regions are brought close together and melted. As a result, light between the cores is exchanged by evanescent coupling. In the case of two different wavelengths, it is possible to design an evanescent coupling device that can completely transmit the first wavelength along the original fiber and fully couple the second wavelength on the same fiber. . Normally, light is not completely (100%) coupled to coupler 1750. However, fiber optic couplers that provide good coupling for two or more different wavelengths are commercially available at common wavelengths such as 980 nm, 1300 nm, and 1550 nm. In addition, commercially available optical fiber couplers can be purchased for other wavelengths, such as visible wavelengths, and may be designed and manufactured for other wavelengths. For example, in FIG. 10, the optical fiber coupler 1750 can be configured such that the first light of the first wavelength travels from the optical fiber 1743 to the optical fiber 1753, and the optical loss is reduced. At the same time, the apparatus may be configured to couple the second light on the optical fiber 1790 substantially completely on the optical fiber 1753. Therefore, it is possible to transmit the first light and the second light to the same fiber 1753 through the optical fiber coupler with little loss. Optical couplers that combine wavelengths that vary greatly in wavelength are also commercially available. For example, a coupler that couples light having a wavelength of 1310 nm to light having a wavelength of 550 nm is commercially available. Two wavelengths may be relatively close to each other due to long-range propagation that propagates both wavelengths in a single transverse mode, while relatively little loss of optical power during propagation in the optical fiber. Generally desirable. For example, the two selected wavelengths are 633 nm and 780 nm, which are relatively close to each other in wavelength values, and can be transmitted over a long distance, without high loss, through a single mode optical fiber. The advantage of the dichroic fiber coupler 1750 in the fiber network 136 is that it is more compact than a free space beam splitter. In addition, the dichroic fiber coupler aligns the first light and the second light very well, eliminating the need for special optical alignment procedures during production.

図4に戻ると、スキャナ部分36は、例えば後述の図11に示されるようなスキャナの中に埋め込まれてもよい。スキャナ部分36からの、例えば約1550nmの赤外光等の光は、光路150に沿ってダイクロイックビームスプリッタ142へと進む。ダイクロイックビームスプリッタ142は、スキャナからの光を反射し、その一方で、レーザトラッカからの光は通過させように構成される。スキャナ部分36からの光はターゲット58へと進み、光路152に沿って環状開口154へと戻る。戻り光は環状開口154を通過して、外側光路に沿ってダイクロイックビームスプリッタ142で反射され、光路156に沿ってスキャナ部分36に戻る。1つの実施形態において、外側光路(環状開口154により画定される)は、内側光路(開口146により画定される)と同軸である。スキャナ光を、環状開口154を通して戻すことにより、ターゲット58から反射された光を損傷する可能性のある開口146からの不要な光が回避されるという利点を取得しうる。   Returning to FIG. 4, the scanner portion 36 may be embedded in a scanner, for example, as shown in FIG. Light from scanner portion 36, such as about 1550 nm infrared light, travels along optical path 150 to dichroic beam splitter 142. The dichroic beam splitter 142 is configured to reflect light from the scanner while allowing light from the laser tracker to pass. Light from the scanner portion 36 travels to the target 58 and returns along the optical path 152 to the annular aperture 154. The return light passes through the annular aperture 154, is reflected by the dichroic beam splitter 142 along the outer optical path, and returns to the scanner portion 36 along the optical path 156. In one embodiment, the outer optical path (defined by the annular opening 154) is coaxial with the inner optical path (defined by the opening 146). By returning the scanner light through the annular aperture 154, the benefit of avoiding unwanted light from the aperture 146 that could damage the light reflected from the target 58 may be obtained.

この例示的実施形態において、開口146と環状開口154は、同心円状に配置されている。この実施形態において、開口146の口径は約15mmであり、環状開口154の内径は15mm、外径は3mmである。   In this exemplary embodiment, opening 146 and annular opening 154 are arranged concentrically. In this embodiment, the aperture 146 has an aperture of about 15 mm, the annular aperture 154 has an inner diameter of 15 mm, and an outer diameter of 3 mm.

理解するべき点として、この例示的実施形態において、ダイクロイックビームスプリッタ142はジンバル点50に位置付けられる。このようにして、スキャナ部分36とトラッカ部分34のどちらからの光も、機器30内の同じ点から発せられているように見えるかもしれない。この例示的実施形態において、トラッカ部分34は可視レーザ光を発し、スキャナ部分36は近赤外スペクトル内の光を発する。トラッカ部分34からの光の波長は約70nmであってもよく、スキャナ部分36からの光の波長は約1550nmであってもよい。   It should be understood that in this exemplary embodiment, dichroic beam splitter 142 is positioned at gimbal point 50. In this way, light from both the scanner portion 36 and the tracker portion 34 may appear to be emitted from the same point in the device 30. In this exemplary embodiment, tracker portion 34 emits visible laser light and scanner portion 36 emits light in the near infrared spectrum. The wavelength of light from the tracker portion 34 may be about 70 nm, and the wavelength of light from the scanner portion 36 may be about 1550 nm.

スキャナ部分36の1つの実施形態が図11に示されている。この実施形態において、スキャナ部分36は、光ビーム162を、コリメータ165を通じて発する光エミッタ160を含む。光エミッタ160は、約1550nmの範囲の波長の光を発するレーザダイオードであってもよい。理解するべき点として、例えば、それより小さい、または大きい波長を有するその他の電磁波を使用してもよい。光ビーム162は、例えば正弦または方形波形変調信号により強度変調または振幅変調されてもよい。光ビーム162は、ダイクロイックビームスプリッタ172に送られ、これは光ビーム162を反射して、開口146を通ってターゲット58に向かわせる。この例示的実施形態において、光ビーム162は、ミラー170とダイクロイックビームスプリッタ172で反射され、光ビーム162は光ビーム52、150の所望の光路に沿って進むことができる。以下により詳しく説明するように、ダイクロイックビームスプリッタ172を使用することは、動作中に画像を取得するカラーカメラ168の組込みを可能にするという利点を提供する。他の実施形態において、光エミッタ160は、光をダイクロイックビームスプリッタ142に直接伝送するように配置され、まずミラー170とダイクロイックビームスプリッタ172で反射させなくてよい。   One embodiment of the scanner portion 36 is shown in FIG. In this embodiment, the scanner portion 36 includes a light emitter 160 that emits a light beam 162 through a collimator 165. The light emitter 160 may be a laser diode that emits light having a wavelength in the range of about 1550 nm. It should be understood that other electromagnetic waves having, for example, smaller or larger wavelengths may be used. The light beam 162 may be intensity or amplitude modulated, for example by a sine or square waveform modulation signal. The light beam 162 is sent to a dichroic beam splitter 172 that reflects the light beam 162 and directs it through the aperture 146 to the target 58. In this exemplary embodiment, light beam 162 is reflected by mirror 170 and dichroic beam splitter 172 so that light beam 162 can travel along the desired optical path of light beams 52, 150. As described in more detail below, using a dichroic beam splitter 172 provides the advantage of allowing the incorporation of a color camera 168 that captures images during operation. In other embodiments, the light emitter 160 is arranged to transmit light directly to the dichroic beam splitter 142 and may not first be reflected by the mirror 170 and dichroic beam splitter 172.

図4および11に示されるように、トラッカ部分34およびスキャナ部分36からの射出光はどちらも同じ開口146を通過する。これらのトラッカ部分34およびスキャナ部分36からの光は実質的に直線的であり、図1の光ビーム52の光路に沿って進む。戻り経路上で、トラッカ部分34からの光はレトロリフレクタターゲットにより反射されるため、それが機器30に戻る時に略直線となる。トラッカ光の戻りビームは、開口146を通過して戻り、これはそれが機器30から出る時と同じ開口である。これに対して、スキャナ部分36から光は通常、拡散的に散乱させる物体表面58´に当たり、そが戻る際には広い角度に広がる。反射光のわずかな部分が、内径が開口146の外径と同じ(またはそれと同心)となるように位置付けられた環状開口154を通過する。戻り光163は、ダイクロイックビームスプリッタ172で反射され、レンズ160を光ビーム163として通過し、反射面180、178、176で反射され、受光器182内のレンズ群を通過してから、光検出器に到達する。戻りスキャナ光は環状開口154を通るように方向付けられ、内側開口146を通って戻る光を一切含まない。これは、射出光の光パワーが物体表面58´により戻される光のそれよりはるかに大きく、光素子での反射が内側開口146の経路に沿って戻されるのを回避することが望ましいため、有利である。   As shown in FIGS. 4 and 11, the light emitted from the tracker portion 34 and the scanner portion 36 both pass through the same opening 146. The light from these tracker portion 34 and scanner portion 36 is substantially linear and travels along the optical path of the light beam 52 of FIG. On the return path, the light from the tracker portion 34 is reflected by the retro-reflector target so that it is substantially straight when returning to the instrument 30. The return beam of tracker light returns through aperture 146, which is the same aperture as it exits instrument 30. In contrast, light from the scanner portion 36 typically strikes a diffusely scattering object surface 58 'and spreads over a wide angle as it returns. A small portion of the reflected light passes through an annular opening 154 positioned so that the inner diameter is the same (or concentric with) the outer diameter of the opening 146. The return light 163 is reflected by the dichroic beam splitter 172, passes through the lens 160 as the light beam 163, is reflected by the reflecting surfaces 180, 178, 176, passes through the lens group in the light receiver 182, and then the photodetector. To reach. The return scanner light is directed through the annular opening 154 and does not include any light returning through the inner opening 146. This is advantageous because the optical power of the emitted light is much greater than that of the light returned by the object surface 58 ′, and it is desirable to avoid reflections at the optical element back along the path of the inner opening 146. It is.

ある実施形態において、任意選択によるカラーカメラ168は、物体表面58´により反射された光の一部がダイクロイックビームスプリッタ172を通過してカラーカメラ168に入る。ダイクロイックビームスプリッタ172上のコーティングは、カラーカメラによってピックアップされる可視波長を通過させ、その一方で、光エミッタ160により発せられる波長の光を反射させるように選択される。カラーカメラ168は受光レンズ160に、例えば接着剤で、または窪みの中に入れて連結されてもよい。カラーカメラ168によってカラー画像を取得することができ、これは通常、スキャナ内の距離計によってデータポイントを取得した後のある時点でいくつかの個別のステップを踏むことによって行われる。   In some embodiments, the optional color camera 168 enters the color camera 168 through a portion of the light reflected by the object surface 58 ′ through the dichroic beam splitter 172. The coating on the dichroic beam splitter 172 is selected to pass visible wavelengths picked up by the color camera, while reflecting light of the wavelength emitted by the light emitter 160. The color camera 168 may be coupled to the light receiving lens 160, for example, with an adhesive or in a recess. A color image can be acquired by the color camera 168, which is typically done by taking several individual steps at some point after acquiring the data points by a distance meter in the scanner.

ある実施形態において、マスク174は受光レンズ160の背後の光軸上に同軸的に配置される。マスク174は、戻り光ビーム163が妨害されずに通過できる大きな面積を有する。マスク174は、光軸から半径方向に外側に位置付けられる遮蔽領域を有し、それによって戻り光ビーム163の強度を、戻り光の強度が機器30から物体表面58´の距離が異なってもより等しくなるように低減させる。   In some embodiments, the mask 174 is coaxially disposed on the optical axis behind the light receiving lens 160. The mask 174 has a large area through which the return light beam 163 can pass without interruption. The mask 174 has a shielding area positioned radially outward from the optical axis, thereby making the intensity of the return light beam 163 more equal, even if the intensity of the return light is different from the instrument 30 to the object surface 58 '. To be reduced.

ある実施形態において後方ミラー176がマスク174の背後の光軸上に配置される。後方ミラー176は、戻り光ビーム163を反射し、これが受光レンズ166により屈折させられ、中央ミラー178へと向かう。中央ミラー178は、マスク174の中央の光軸上に配置される。カラーカメラ168を有する実施形態において、この領域は、カラーカメラ168で陰になるかもしれない。中央ミラー178は、非球面ミラーであってもよく、これは負レンズ(すなわち、焦点距離を延ばす)としても、近接場補正レンズ(すなわち、ターゲットにより反射された戻り光ビーム163の焦点をシフトさせる)としても機能する。これに加えて、反射は、戻り光ビーム163が中央ミラー178の上に配置されたマスク174を通過する範囲でのみ提供される。中央ミラー178は、戻り光ビームを反射して、後方ミラー176の中央開口180を通過させる。   In some embodiments, a rear mirror 176 is placed on the optical axis behind the mask 174. The rear mirror 176 reflects the return light beam 163, which is refracted by the light receiving lens 166 and travels toward the central mirror 178. The central mirror 178 is disposed on the optical axis at the center of the mask 174. In embodiments having a color camera 168, this area may be shaded by the color camera 168. The central mirror 178 may be an aspherical mirror that shifts the focus of the return light beam 163 reflected by the near-field correction lens (ie, the target), even as a negative lens (ie, extending the focal length). ). In addition, reflection is provided only in the extent that the return light beam 163 passes through the mask 174 located on the central mirror 178. The central mirror 178 reflects the return light beam and passes it through the central opening 180 of the rear mirror 176.

入射絞りと、フィルタ付コリメータと、集光レンズと、光検出器と、を有する受光器182が、後方ミラー176の付近の、マスク174と反対に配置される。1つの実施形態において、ミラー184は戻り光ビーム163を90°偏向させる。   A light receiver 182 having an entrance stop, a collimator with a filter, a condenser lens, and a photodetector is disposed in the vicinity of the rear mirror 176 and opposite to the mask 174. In one embodiment, mirror 184 deflects return light beam 163 by 90 °.

1つの実施形態において、スキャナ部分36は1つまたは複数のプロセッサ186を有していてもよく、これは図3のスキャナ電子部品96と同じでも、これを補完するものであってもよい。プロセッサ186は、スキャナ部分36のための制御および評価機能を実行する。プロセッサ186は、光エミッタ160および受光器182に連結され、これらと通信する。プロセッサ186は、各測定点について、機器30とターゲット58との間の距離を、発せられたビーム162と戻り光ビーム163の飛行時間に基づいて判断する。他の実施形態において、プロセッサ186とその機能は、コントローラ64に組み込まれてもよく、これは図3のスキャナ電子部品96、マスタプロセッサ78、外部コンピュータ74、またはネットワーク要素76に対応してもよい。   In one embodiment, the scanner portion 36 may have one or more processors 186, which may be the same as or complementary to the scanner electronics 96 of FIG. The processor 186 performs control and evaluation functions for the scanner portion 36. The processor 186 is coupled to and communicates with the light emitter 160 and the light receiver 182. The processor 186 determines the distance between the instrument 30 and the target 58 for each measurement point based on the time of flight of the emitted beam 162 and the return light beam 163. In other embodiments, the processor 186 and its functions may be incorporated into the controller 64, which may correspond to the scanner electronics 96, master processor 78, external computer 74, or network element 76 of FIG. .

トラッカ部分34とスキャナ部分36の光学距離計は、飛行時間の原理を利用して距離を判断してもよい。理解するべき点として、飛行時間という用語はここでは、変調光を評価してターゲットまでの距離を判断するあらゆる方法を示すために使用される。例えば、トラッカ部分34またはスキャナ部分36からの光は、正弦波を使って光学パワーが変調されてもよい(強度変調)。検出された光が評価されて、基準ビームと測定ビームとの間の位相シフトが判断され、ターゲットまでの距離が特定される。他の実施形態において、光の光学パワーは、略方形のパルス光によって変調されてもよい。この場合、パルスの前端は、機器30から出る途中および機器30に戻る時に測定されてもよい。この場合は、経過時間を使ってターゲットまでの距離が特定される。他の方法では、外部モジュレータの変調によって時間に関して光の偏向状態を変化させ、その後、戻り光が偏光板を通過した後に消える変調周波数を記録することが含まれる。距離測定のためのその他の多くの方法が、一般的な飛行時間型の分類に含まれる。   The optical rangefinders of the tracker portion 34 and the scanner portion 36 may determine the distance using the principle of time of flight. It should be understood that the term time-of-flight is used herein to indicate any method of evaluating the modulated light to determine the distance to the target. For example, the optical power of the light from the tracker portion 34 or the scanner portion 36 may be modulated using a sine wave (intensity modulation). The detected light is evaluated to determine the phase shift between the reference beam and the measurement beam and to determine the distance to the target. In other embodiments, the optical power of the light may be modulated by a substantially square pulsed light. In this case, the leading edge of the pulse may be measured while leaving the device 30 and when returning to the device 30. In this case, the distance to the target is specified using the elapsed time. Another method involves changing the deflection state of the light with respect to time by modulation of an external modulator and then recording the modulation frequency at which the return light disappears after passing through the polarizer. Many other methods for measuring distance are included in the general time-of-flight classification.

距離を測定するための他の一般的な方法は、コヒーレントまたは干渉計方式と呼ばれる。光ビームの光パワーが評価される上述の方法と異なり、コヒーレントまたは干渉計方式では、相互にコヒーレントな2つの光ビームを結合して、電界の光学的干渉が発生するようにする。光パワーではなく電場を加えることは、電力ではなく電圧を加えることと同じである。1つの種類のコヒーレント距離計では、光の波長を時間に関して変化させる。例えば、波長は鋸歯パターンで変化されてもよい(周期的に反復しながら直線的に変化させる)。このような方法で作られた機器は、周波数変調コヒーレントレーザ(FMCL)レーダと呼ばれることがある。コヒーレント型か飛行時間型か、何れの方法でもトラッカ部分34とスキャナ部分36の距離計に使用できる。   Another common method for measuring distance is called a coherent or interferometric method. Unlike the above-described method in which the optical power of the light beam is evaluated, the coherent or interferometric scheme combines two light beams that are coherent with each other so that optical interference of the electric field occurs. Applying an electric field instead of optical power is the same as applying a voltage instead of electric power. One type of coherent rangefinder changes the wavelength of light with respect to time. For example, the wavelength may be changed in a sawtooth pattern (changing linearly while repeating periodically). Equipment made in this way is sometimes referred to as frequency modulated coherent laser (FMCL) radar. Either the coherent type or the time-of-flight type can be used for the distance meter of the tracker part 34 and the scanner part 36.

ここで、図12〜14を参照すると、機器のある実施形態が示され、前カバーが取り除かれ、明瞭にするためにいくつかの光学およびコンディショニング電子部品が省略されている。この実施形態において、機器30はジンバルアセンブリ3610を含み、これはゼニスシャフト3630と、結合チューブ3622を有する光学部品ベンチアセンブリ3620と、を含む。ゼニスシャフトは、シャフト3634と結合スリーブ3632を含む。ゼニスシャフト3630は、単独の金属片から製造されてもよく、それによって剛性と温度安定性が向上する。図14は、光学部品ベンチアセンブリ3720とゼニスシャフト3630のある実施形態を示している。光学部品ベンチアセンブリ3720は、主要光学部品アセンブリ3650と二次的光学部品アセンブリ3740を含む。主要光学部品アセンブリ3650の筐体は、単独の金属片から製造されてもよく、それによって剛性と温度安定来が向上し、また結合チューブ3622を含む。ある実施形態において、結合チューブ3622の中心軸は、結合スリーブ3632の中心軸と一致する。1つの実施形態において、4つのファスナ3664が二次的光学部品アセンブリ3740を主要光学部品アセンブリ3650に取り付ける。結合チューブ3622は、結合スリーブ3632の中に挿入されて、3本のねじ3662によりその位置に保持される。ある実施形態において、結合チューブ3622はこの結合スリーブ3632と、結合チューブ3622の一方の端において2本のピンによって整合され、ピンは穴3666に嵌め込まれる。   Referring now to FIGS. 12-14, an embodiment of the instrument is shown with the front cover removed and some optical and conditioning electronics omitted for clarity. In this embodiment, the instrument 30 includes a gimbal assembly 3610 that includes a zenith shaft 3630 and an optic bench assembly 3620 having a coupling tube 3622. The Zenith shaft includes a shaft 3634 and a coupling sleeve 3632. Zenith shaft 3630 may be manufactured from a single piece of metal, thereby improving stiffness and temperature stability. FIG. 14 illustrates an embodiment of an optic bench assembly 3720 and a Zenith shaft 3630. Optics bench assembly 3720 includes a primary optics assembly 3650 and a secondary optics assembly 3740. The housing of the main optic assembly 3650 may be manufactured from a single piece of metal, thereby improving rigidity and temperature stability, and includes a coupling tube 3622. In some embodiments, the central axis of the coupling tube 3622 is coincident with the central axis of the coupling sleeve 3632. In one embodiment, four fasteners 3664 attach secondary optic assembly 3740 to main optic assembly 3650. The coupling tube 3622 is inserted into the coupling sleeve 3632 and held in place by three screws 3661. In some embodiments, the coupling tube 3622 is aligned with the coupling sleeve 3632 and two pins at one end of the coupling tube 3622, and the pins fit into the holes 3666.

ジンバルアセンブリ3610は光学部品ベンチアセンブリ3620を保持するように設計されているが、他の種類の機器、例えばカメラ、レーザエングレーバ、ビデオトラッカ、レーザポインタ、および角度測定器等の機器や、Light Detection and Ranging(LIDAR)システムをゼニスシャフト3630に設置することもできる。結合スリーブ3632によって提供される位置合わせレジストレーションにより、このような機器は容易に、正確にジンバルアセンブリ3610に取り付けることができる。この例示的実施形態において、トラッカ部分34は、主要光学部品アセンブリ3650の中に配置され、スキャナ部分36は二次的光学部品アセンブリ3740の中に設置される。ダイクロイックビームスプリッタ142は、図14に示されるように、主要光学部品アセンブリ3650の中に配置される。   The gimbal assembly 3610 is designed to hold an optical component bench assembly 3620, but other types of equipment such as cameras, laser engravers, video trackers, laser pointers, angle measuring instruments, and the like, Light A Detection and Ranging (LIDAR) system can also be installed on the Zenith shaft 3630. The alignment registration provided by the coupling sleeve 3632 allows such equipment to be easily and accurately attached to the gimbal assembly 3610. In this exemplary embodiment, the tracker portion 34 is positioned in the main optic assembly 3650 and the scanner portion 36 is placed in the secondary optic assembly 3740. Dichroic beam splitter 142 is disposed in main optics assembly 3650 as shown in FIG.

動作中、機器30は希望する精度レベルに応じて、図15と図16に示されるような2つの動作モードを有する。第一のモード(図15)は、トラッカ部分34を、例えば測定球(spherically mounted retroreflector)(SMR)であってもよいレトロリフレクタターゲット等の協力的ターゲット58と共に使用する。この第一のモードでは、機器30は光ビーム52を発し、これは事実上、ジンバル点50、ダイクロイックビームスプリッタ142、および開口146を通過して、ターゲット58に向かう。光52はターゲット58に当たり、光の一部は同じ光軸に沿って開口146とダイクロイックビームスプリッタ142を通ってトラッカ部分34へと戻る。機器30は次に、機器30からターゲット58までの距離を図4〜10に関して前述したように判断する。ある実施形態において、この第一の動作モード中、スキャナ部分36は動作しない。   During operation, device 30 has two modes of operation as shown in FIGS. 15 and 16 depending on the desired level of accuracy. The first mode (FIG. 15) uses the tracker portion 34 with a collaborative target 58, such as a retro-reflector target, which may be, for example, a spherically mounted retroreflector (SMR). In this first mode, the instrument 30 emits a light beam 52 that effectively passes through the gimbal point 50, the dichroic beam splitter 142, and the aperture 146 toward the target 58. Light 52 strikes target 58 and some of the light returns along the same optical axis through aperture 146 and dichroic beam splitter 142 back to tracker portion 34. The instrument 30 then determines the distance from the instrument 30 to the target 58 as described above with respect to FIGS. In certain embodiments, during this first mode of operation, the scanner portion 36 does not operate.

図16に示される第二の動作モードにおいて、スキャナ部分36は光ビーム162を発し、これはダイクロイックビームスプリッタ142で反射され、開口146を通ってターゲット58に向けて発せられる。理解するべき点として、スキャナ部分36は、非協力的ターゲットまでの距離を測定してもよく、測定値を得るのにレトロリフレクタ等のターゲットを必要としない。光はターゲット58で反射され(散乱し)、光の一部163は環状開口154を通過して戻る。前述のように、戻り光163は環状開口154を通過することが望ましく、それは、これによって戻り光信号を破損する可能性のある光学部品からの後方反射を縮小するという利点を提供するからである。戻り光163は、ダイクロイックビームスプリッタ142で反射されてスキャナ部分36に戻り、そこで機器30からターゲット58までの距離が、図11に関して前述したように特定される。スキャナ部分36はペイロード構造46がアジマス軸44とゼニス軸48の周囲で同時に回転されながら連続的に動作する。この例示的実施形態において、光ビーム162がたどる経路は、ペイロード構造46が軸44、48の周囲で回転する間に単独の方向に進む(例えば、逆転しない)。この経路は、ゼニスおよびアジマスモータの各々を単独の方向に連続的に回転させることによって実現されてもよい。これを言い換えれば、第二のモードにおいて、ビームは物体表面58´へと方向付けられ、その一方で、ゼニスおよびアジマス角度は連続的に単調に変化する。ビームは、1つの軸(ゼニスまたはアジマス軸)の周囲で高速で誘導され、それと同時にもう一方の軸の周囲では比較的低速で誘導されてもよい点に注意されたい。1つの実施形態において、ペイロード構造46の運動によって、光ビームは螺旋状の経路をたどる。   In the second mode of operation shown in FIG. 16, the scanner portion 36 emits a light beam 162 that is reflected by the dichroic beam splitter 142 and emitted toward the target 58 through the aperture 146. It should be understood that the scanner portion 36 may measure the distance to a non-cooperative target and does not require a target such as a retroreflector to obtain a measurement. The light is reflected (scattered) by the target 58 and a portion of the light 163 passes back through the annular opening 154. As mentioned above, it is desirable for the return light 163 to pass through the annular aperture 154 because this provides the advantage of reducing back reflections from optical components that can corrupt the return light signal. . The return light 163 is reflected by the dichroic beam splitter 142 and returns to the scanner portion 36 where the distance from the instrument 30 to the target 58 is determined as described above with respect to FIG. The scanner portion 36 operates continuously while the payload structure 46 is rotated about the azimuth axis 44 and the zenith axis 48 simultaneously. In this exemplary embodiment, the path followed by light beam 162 travels in a single direction (eg, does not reverse) while payload structure 46 rotates about axes 44, 48. This path may be realized by continuously rotating each of the Zenith and azimuth motors in a single direction. In other words, in the second mode, the beam is directed to the object surface 58 ', while the zenith and azimuth angles change continuously and monotonically. Note that the beam may be guided at high speed around one axis (the zenith or azimuth axis) and at the same time may be guided at a relatively low speed around the other axis. In one embodiment, movement of the payload structure 46 causes the light beam to follow a helical path.

理解するべき点として、スキャナ部分36を、光ビーム162の経路を逆転させなくてもよいように動作させることによって、ラスタ型パターンまたはランダムパターンをたどるスキャナに対するいくつかの利点が得られる。第一に、方向の逆転が不要であるため、大量のデータを効率的に収集できる。その結果、スキャナ部分36は、大きい領域を有効に走査し、その間に1秒あたり100万を超える三次元地点等、高いサンプリングレートでデータを取得することができる。第二に、単方向に連続的に進むことによって、光ビームが人物と交差した場合に、その人物のある領域に当たる全エネルギーが小さくてすむ。これによって、より望ましいIEC 60825−1準拠のレーザ分類を実現できる。   It should be understood that operating the scanner portion 36 such that the path of the light beam 162 need not be reversed provides several advantages over a scanner that follows a raster or random pattern. First, since no reversal of direction is required, a large amount of data can be collected efficiently. As a result, the scanner portion 36 can effectively scan a large area and acquire data at a high sampling rate, such as a three-dimensional point exceeding 1 million per second. Second, by continuously proceeding in a single direction, when the light beam intersects a person, the total energy hitting a certain area of the person can be reduced. As a result, more desirable laser classification based on IEC 60825-1 can be realized.

1つの実施形態において、トラッカ部分34は、可視光スペクトル内の光ビーム52を発する。この実施形態において、トラッカ部分34は、スキャナ部分36が光162を発している間に光ビーム52を発してもよい。これは、トラッカ部分34からの可視光52がオペレータにとって目に見える基準となるため、有利である。   In one embodiment, the tracker portion 34 emits a light beam 52 in the visible light spectrum. In this embodiment, tracker portion 34 may emit light beam 52 while scanner portion 36 emits light 162. This is advantageous because the visible light 52 from the tracker portion 34 is a visible reference for the operator.

ここで、図17〜18を参照すると、機器30の動作方法が示されている。方法190は、ブロック192でトラッカ部分34の動作モードを選択することから始まる。方法は次にブロック194に進み、ここでトラッカ部分34をアクティベートする。ブロック196で、次にジンバル機構をゼニスおよびアジマス軸の周囲で移動させ、光ビームをターゲット58に向けて誘導する。ブロック198で、光は協力的ターゲット58で反射され、開口146を通って機器30に戻る。ブロック200で、次に機器30は、機器30からターゲット58までの距離を計算する。ブロック202で、アジマスおよびゼニス角度を特定し、測定点の三次元座標(距離と2つの角度)を特定する。このプロセスを、すべての所望の測定点が特定されるまで繰り返すことができる。   Here, with reference to FIGS. 17 to 18, an operation method of the device 30 is shown. Method 190 begins by selecting an operating mode of tracker portion 34 at block 192. The method then proceeds to block 194 where the tracker portion 34 is activated. At block 196, the gimbal mechanism is then moved around the zenith and azimuth axes to direct the light beam toward the target 58. At block 198, the light is reflected from the cooperative target 58 and returns to the instrument 30 through the opening 146. At block 200, the device 30 then calculates the distance from the device 30 to the target 58. At block 202, azimuth and zenith angles are identified and the three-dimensional coordinates (distance and two angles) of the measurement point are identified. This process can be repeated until all desired measurement points have been identified.

次に図18を参照すると、方法203が示されており、その中ではブロック204でスキャナ部分36を選択する。次に方法203はブロック206に進み、ここでスキャナ部分36をアクティベートする。可視基準光を提供することが望ましい場合、ブロック208でトラッカ部分34からの光をアクティベートする。光はスキャナ部分36から開口146を通ってターゲット58へと伝送される。この例示的実施形態において、ブロック209に示されるように、スキャナ部分36からの光は経路に沿って1つの方向に(例えば、螺旋状に)発せられ、方向は逆転されない。光はターゲット58で反射され、機器30に戻る。ブロック210で、戻り光が環状開口154を通じて受け取られる。ブロック212で、機器30からターゲット58までの距離を特定する。ブロック214でアジマスおよびゼニス角度を特定し、ターゲット58上の測定点までの座標(距離と2つの角度)を特定する。   Referring now to FIG. 18, a method 203 is shown in which the scanner portion 36 is selected at block 204. The method 203 then proceeds to block 206 where the scanner portion 36 is activated. If it is desired to provide visible reference light, block 208 activates light from tracker portion 34. Light is transmitted from the scanner portion 36 through the aperture 146 to the target 58. In this exemplary embodiment, as shown in block 209, light from the scanner portion 36 is emitted in one direction (eg, spirally) along the path and the direction is not reversed. The light is reflected by the target 58 and returns to the device 30. At block 210, return light is received through the annular opening 154. At block 212, the distance from the device 30 to the target 58 is identified. At block 214, the azimuth and zenith angles are identified and the coordinates (distance and two angles) to the measurement point on the target 58 are identified.

スキャナ部分36からの光ビームを物体表面58´に方向付ける方法は、上記以外で実行されてもよい。第一の実施形態において、スキャナ部分36からの光は同じ方向に面するジンバルアセンブリ3610で方向付けられる。この動作モードでは、ビームは何れの所望の点にも方向付けられる。第二の実施形態において、スキャナ部分36からの光は、アジマス軸またはゼニス軸の何れでもよい軸の周囲で比較的速い一定の速度で旋回するジンバルアセンブリ3610で方向付けられる。もう一方の軸もまた移動されるが、速度は比較的低速である。このようにして、ビームは低速の螺旋状に方向付けられる。第二の実施形態では、大きい体積の完全な走査を素早く実行できる。第二の実施形態の他の利点は、常に移動するビームがその連続移動中に人物の目の瞳と交差する時間がより短い点である。そのため、より強力なレーザパワーを使用しながら、所望のIEC 60825−1の分類を提供できる。   The method of directing the light beam from the scanner portion 36 toward the object surface 58 'may be performed otherwise. In the first embodiment, light from the scanner portion 36 is directed at a gimbal assembly 3610 facing in the same direction. In this mode of operation, the beam is directed to any desired point. In a second embodiment, light from the scanner portion 36 is directed at a gimbal assembly 3610 that pivots at a relatively fast constant speed about an axis that can be either an azimuth axis or a zenith axis. The other axis is also moved, but the speed is relatively slow. In this way, the beam is directed in a slow spiral. In the second embodiment, a full scan of a large volume can be performed quickly. Another advantage of the second embodiment is that the time during which the constantly moving beam intersects the pupil of the person's eyes during its continuous movement is shorter. Thus, the desired IEC 60825-1 classification can be provided while using more powerful laser power.

ここで、図19を参照すると、機器30の他の実施形態が示されており、これはトラッカ部分34の中の第一の絶対距離計とスキャナ部分36の中の第二の絶対距離計を有し、トラッカ部分34およびスキャナ部分36はペイロード構造46に連結される。この実施形態において、トラッカ部分34とスキャナ部分36は、共通の光路上で光を発しない。トラッカ部分34は光ビーム52を第一の半径方向に方向付けるように配置され、その一方で、スキャナ部分36は光ビーム162を物体表面58´に向かう第二の半径方向に方向付けるように配置される。第一の半径方向と第二の半径方向は、それらの間に角度θをなす。この例示的実施形態において、角度θは90°である。他の実施形態おいて、角度θは5度〜180度である。しかしながら、トラッカ部分34とスキャナ部分36をペイロード構造46の中に位置付けることができれば、何れの適当な角度でも使用できる。理解するべき点として、ペイロード構造46がアジマス軸44の周囲で回転されると、トラッカ部分34とスキャナ部分36は同じアジマス角度に向き付けられる。   Referring now to FIG. 19, another embodiment of the instrument 30 is shown, which includes a first absolute rangefinder in the tracker portion 34 and a second absolute rangefinder in the scanner portion 36. The tracker portion 34 and the scanner portion 36 are coupled to a payload structure 46. In this embodiment, the tracker portion 34 and the scanner portion 36 do not emit light on a common optical path. The tracker portion 34 is arranged to direct the light beam 52 in a first radial direction, while the scanner portion 36 is arranged to direct the light beam 162 in a second radial direction toward the object surface 58 '. Is done. The first radial direction and the second radial direction form an angle θ between them. In this exemplary embodiment, the angle θ is 90 °. In other embodiments, the angle θ is between 5 degrees and 180 degrees. However, any suitable angle can be used as long as the tracker portion 34 and the scanner portion 36 can be positioned within the payload structure 46. It should be understood that when the payload structure 46 is rotated about the azimuth axis 44, the tracker portion 34 and the scanner portion 36 are oriented at the same azimuth angle.

ここで、図20を参照すると、機器30の他の実施形態が示されており、これはトラッカ部分34とスキャナ部分36を有する。この実施形態において、トラッカ部分34はスキャナ部分36と平行に向き付けられ、ミラー216を使って光52をダイクロイックビームスプリッタ142に向けて反射する。この実施形態において、ダイクロイックビームスプリッタ142は、光52を反射しながら、スキャナ部分36からの光162を透過させるように構成される。   Referring now to FIG. 20, another embodiment of the instrument 30 is shown, which has a tracker portion 34 and a scanner portion 36. In this embodiment, tracker portion 34 is oriented parallel to scanner portion 36 and uses mirror 216 to reflect light 52 toward dichroic beam splitter 142. In this embodiment, dichroic beam splitter 142 is configured to transmit light 162 from scanner portion 36 while reflecting light 52.

光ビーム52、162は、開口146を通過し、光軸Aに沿って、水平軸48の周囲で回転するように配置された斜めの回転ミラー218に向かって方向付けられる。外向きの光52、162は、ミラーの中心C10によって反射され、ここでは、それが反射されてターゲット58(トラッカ部分34の場合)または物体表面58´(スキャナ部分36の場合)に向かうように偏向される。中心C10は、基準系の原点を画定する。ターゲット58または物体表面58´により反射された光は、回転ミラー218から反射されて、開口146に向かって戻される。光52は、回転ミラー218の中心C10で反射されて、開口146を通って戻される。光52はダイクロイックビームスプリッタ142とミラー216により反射されてから、トラッカ部分34へと戻る。戻り光163は、回転ミラー218で反射され、環状開口154を通過してから、スキャナ部分36に戻る。 The light beams 52, 162 are directed through an aperture 146 and toward an oblique rotating mirror 218 arranged to rotate about the horizontal axis 48 along the optical axis A. Light 52,162 outward is reflected by the center C 10 of the mirror, where it so toward the target 58 is reflected (in the case of tracker portion 34) or the object surface 58 '(when the scanner portion 36) To be biased. Center C 10 defines the origin of the reference system. The light reflected by the target 58 or the object surface 58 ′ is reflected from the rotating mirror 218 and returned toward the opening 146. The light 52 is reflected at the center C 10 of the rotating mirror 218 and returned through the opening 146. The light 52 is reflected by the dichroic beam splitter 142 and the mirror 216 and then returns to the tracker portion 34. The return light 163 is reflected by the rotating mirror 218, passes through the annular opening 154, and returns to the scanner portion 36.

発せられた光52、162と反射光の方向は、水平軸48と垂直軸44の周囲の回転ミラー218の角度位置から決まる。角度位置は、それぞれエンコーダ54、56によって測定される。理解するべき点として、1つの動作モードで、トラッカ部分34とスキャナ部分36による測定は、回転ミラー218の高速回転とペイロード構造46の低速回転によって実行される。それゆえ、機器が円状に前進する間に、空間全体がステップごとに測定される。   The directions of the emitted light 52 and 162 and the reflected light are determined from the angular position of the rotating mirror 218 around the horizontal axis 48 and the vertical axis 44. The angular position is measured by encoders 54 and 56, respectively. It should be understood that in one mode of operation, measurements by tracker portion 34 and scanner portion 36 are performed by high speed rotation of rotating mirror 218 and low speed rotation of payload structure 46. Therefore, the entire space is measured step by step while the instrument advances in a circle.

ある実施形態において、スキャナからの光ビームは、コリメートされずに調節可能に合焦される。幾何光学では、合焦された光ビームはある点となるが、現実には、光ビームは計算された焦位置付近のビームウェストとなる。ビームウェスト位置において、ビームの幅はビームが伝播する際に最小となる。   In some embodiments, the light beam from the scanner is adjustably focused without being collimated. In geometric optics, the focused light beam is a point, but in reality the light beam is a beam waist near the calculated focal position. At the beam waist position, the beam width is minimized as the beam propagates.

スキャナから合焦された光ビームを送ることの1つの利点は、より小さいビームにより、縁辺でより正確に3D座標を判断できる点である。例えば、より小さい合焦ビームによって、穴の直径または特徴の大きさをより正確に特定できる。スキャナから合焦された光ビームを送ることの他の利点は、合焦されたビームにより、単純に、輝く/高反射金属球であるツーリングボールレトロリフレクタからの光の最大反射位置を見つけるように誘導できる点である。光ビームをスキャナからツーリングボールに方向付けるこのような方法によって、ツーリングボールまでの距離と角度を正確に測定できる。このため、ツーリングボールをターゲットとして使用できる。スキャナとトラッカの機能を統合した機器により、本明細書で説明するように、2種類のターゲット、すなわちSMRとツーリングボールを利用できることになる。2種類のターゲットの使用により、トラッカ部分34およびスキャナ部分36を同じ基準フレームの中に容易に入れることができ、それは、SMRとツーリングボールの両方を環境中に分散された同じ磁気ネスト内に保持できるからである。   One advantage of sending a focused light beam from the scanner is that a smaller beam can more accurately determine 3D coordinates at the edges. For example, a smaller focused beam can more accurately identify the hole diameter or feature size. Another advantage of sending a focused light beam from the scanner is that the focused beam simply finds the maximum reflection position of the light from the tooling ball retroreflector, which is a shining / highly reflective metal sphere. It is a point that can be guided. By such a method of directing the light beam from the scanner to the tooling ball, the distance and angle to the tooling ball can be accurately measured. For this reason, a tooling ball can be used as a target. A device that integrates the functions of the scanner and tracker will allow two types of targets, SMR and tooling ball, to be used, as described herein. The use of two types of targets allows tracker portion 34 and scanner portion 36 to be easily placed in the same reference frame, which keeps both SMR and tooling balls in the same magnetic nest distributed throughout the environment. Because it can.

ある実施形態において、調節可能焦点調整機構39がスキャナ部分36の他の要素に追加される。このような追加の調節可能焦点調整機構が図21〜26に示されている。図21は図4と同様であるが、スキャナ部分36が2つの内部要素、すなわちスキャナ要素37と調節可能焦点調整機構39を有するように示されている点が異なる。図22は図11と同様であるが、調節可能焦点調整機構39がスキャナ部分36の中に含まれる点が異なる。図23、24は図15、16と同様であるが、スキャナ部分36がスキャナ要素37と調節可能焦点調整機構39を有するように示されている点が異なる。図25は図19と同様であるが、スキャナ部分36がスキャナ要素37と調節可能焦点調整機構39を含むように示されている点が異なる。   In certain embodiments, an adjustable focus adjustment mechanism 39 is added to other elements of the scanner portion 36. Such an additional adjustable focus adjustment mechanism is shown in FIGS. FIG. 21 is similar to FIG. 4 except that the scanner portion 36 is shown as having two internal elements: a scanner element 37 and an adjustable focus adjustment mechanism 39. FIG. 22 is similar to FIG. 11 except that an adjustable focus adjustment mechanism 39 is included in the scanner portion 36. FIGS. 23 and 24 are similar to FIGS. 15 and 16 except that the scanner portion 36 is shown as having a scanner element 37 and an adjustable focus adjustment mechanism 39. FIG. 25 is similar to FIG. 19 except that the scanner portion 36 is shown to include a scanner element 37 and an adjustable focus adjustment mechanism 39.

ある実施形態において、調節可能焦点調整機構39は、図26に示すように、いくつかの基本的レンズ要素を含み、これには任意選択の要素2604、2606が含まれていてもよい。これに加えて、調節可能焦点調整機構39はレンズ要素2602を含み、これはレンズ2602を前後に移動させて、所望のように調節できるように構成されたモータ式調節可能ステージ2610に取り付けられる。ある実施形態において、図3のスキャナ電子部品96は、モータ式調節可能ステージ2610を電気的に制御する。   In certain embodiments, the adjustable focus adjustment mechanism 39 includes a number of basic lens elements, as shown in FIG. 26, which may include optional elements 2604, 2606. In addition, the adjustable focus adjustment mechanism 39 includes a lens element 2602 that is attached to a motorized adjustable stage 2610 configured to move the lens 2602 back and forth so that it can be adjusted as desired. In some embodiments, the scanner electronics 96 of FIG. 3 electrically controls the motorized adjustable stage 2610.

レンズアセンブリの中に調節可能な焦点を提供するために、様々なレンズアセンブリと調節方法が当業界で知られている。当業者であれば、こその中の何れの方法を使用して本発明の中の調節可能焦点を提供してもよいことが分かる。   Various lens assemblies and adjustment methods are known in the art to provide an adjustable focus in the lens assembly. Those skilled in the art will appreciate that any of the methods may be used to provide the adjustable focus within the present invention.

本発明を、限定的な数の実施形態のみに関連して詳しく説明したが、本発明は開示されたこのような実施形態に限定されないことが容易に理解できるはすである。むしろ、本発明は、上述されていないが、本発明の主旨と範囲と等しい変化形、代替案、置換、または等価配置をいくつでも組み込むように改造できる。これに加えて、本発明の各種の実施形態を説明したが、本発明の態様は説明された実施形態の中のいくつかだけしか含んでいなくてもよいと理解する。したがって、本発明は、上記の説明によって限定されるとみなされるのではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。さらに、第一の、第二の、等々の用語の使用はいかなる順番または重要性も意味せず、第一の、第二の、等々の用語は、1つの要素を他の要素から区別するために使用されている。さらに、冠詞(a、an)等の用語の使用は、数量の限定を意味するのではなく、言及されている品目が少なくとも1つ存在することを意味する。   Although the invention has been described in detail in connection with only a limited number of embodiments, it should be readily understood that the invention is not limited to such disclosed embodiments. Rather, the invention may be modified to incorporate any number of variations, alternatives, substitutions, or equivalent arrangements not heretofore described, but equal to the spirit and scope of the invention. In addition, while various embodiments of the invention have been described, it is understood that aspects of the invention may include only some of the described embodiments. Accordingly, the invention is not to be seen as limited by the foregoing description, but is only limited by the scope of the appended claims. Furthermore, the use of the terms first, second, etc. does not imply any order or significance, and the terms first, second, etc. are intended to distinguish one element from another. Is used. Further, the use of terms such as article (a, an) does not imply a limit on quantity, but means that there is at least one item mentioned.

30 座標測定機器、32 筐体、34 トラッカ部分、36 スキャナ部分、37 スキャナ要素、38 ジンバル式ビームステアリング機構、39 調節可能焦点調整機構、40 アジマスベース、42 ゼニスキャリッジ、44 アジマス軸、46 ペイロード構造、48 ゼニス軸、50 ジンバル点、51 ゼニスモータ、52,162,163 光ビーム、54 ゼニス角度エンコーダ、55 アジマスモータ、56 アジマス角度エンコーダ、58 ターゲット(レトロリフレクタターゲット)、58´ 物体表面、60 磁気ネスト、64 コントローラ、66 分散型処理システム、68 温度センサ、72 携帯情報端末、74 外部コンピュータ、76 ネットワークコンポーネント、78 マスタプロセッサ、80 ペイロード機能電子部品ユニット、82 アジマスエンコーダ電子部品、86 ゼニスエンコーダ電子部品、88 ディスプレイおよびUI電子部品、90 リムーバブルストレージハードウェア、92 無線電子部品、94 アンテナ、96 スキャナ電子部品、98 カメラ電子部品、100,102,104 電子部品、106,108,110 バスライン、112,114,116,118 バス、120,122,124 通信リンク、126 光源、128 アイソレータ、130 ファイバ入射システム、132 ビームスプリッタ、134 位置検出器、136 ファイバネットワーク、138,148,422,433,438,465,470,471,1743,1753,1781,1790 光ファイバ、140 電子部品、142,172 ダイクロイックビームスプリッタ、144,150,152,156 光路、146 内側開口、154 環状開口、160 光エミッタ、165 コリメータ、166 受光レンズ、168 カラーカメラ、170,184,216 ミラー、174 マスク、176 後方ミラー、178 中央ミラー、180 反射面、180 中央開口、182 受光器、186 プロセッサ、218 回転ミラー、420A ファイバネットワーク、423 ファイバ長等化手段(ファイバ長補正手段)、430,1740,1750 光ファイバカプラ、435 低透過率リフレクタ、436,457,463,1730 光ファイバカプラ、440 低反射ファイバターミネータ、462,1738 低反射ターミネータ、468 光スイッチ、469 電気入力、472,476 レトロリフレクタ、472A 光ファイバレトロリフレクタ、472B フリースペース型レトロリフレクタ、473 コーティング、474 コリメータ、2602,2604,2606 レンズ要素、2610 モータ式調節可能ステージ、3302 周波数基準、3304 シンセサイザ、3306 測定検出器、3308 基準検出器、3310 測定ミキサ、3312 基準ミキサ、3314,3316 コンディショニング電子部品、3324 分周プリスケーラ、3400 データプロセッサ、3610 ジンバルアセンブリ、3620,3720 光学部品ベンチアセンブリ、3622 結合チューブ、3630 ゼニスシャフト、3632 結合スリーブ、3634 シャフト、3650 主要光学部品アセンブリ、3664 ファスナ、3666 穴、3740 二次的光学部品アセンブリ。   30 Coordinate Measuring Equipment, 32 Housing, 34 Tracker Part, 36 Scanner Part, 37 Scanner Element, 38 Gimbal Beam Steering Mechanism, 39 Adjustable Focus Adjustment Mechanism, 40 Azimuth Base, 42 Zenith Carriage, 44 Azimuth Shaft, 46 Payload Structure , 48 Zenith axis, 50 Gimbal point, 51 Zenith motor, 52, 162, 163 Light beam, 54 Zenith angle encoder, 55 Azimuth motor, 56 Azimuth angle encoder, 58 Target (retro reflector target), 58 'Object surface, 60 Magnetic nest , 64 Controller, 66 Distributed processing system, 68 Temperature sensor, 72 Personal digital assistant, 74 External computer, 76 Network component, 78 Master processor, 80 Payload functional electronics Product unit, 82 azimuth encoder electronic component, 86 Zenith encoder electronic component, 88 display and UI electronic component, 90 removable storage hardware, 92 wireless electronic component, 94 antenna, 96 scanner electronic component, 98 camera electronic component, 100, 102, 104 electronic components, 106, 108, 110 bus lines, 112, 114, 116, 118 buses, 120, 122, 124 communication links, 126 light sources, 128 isolators, 130 fiber injection systems, 132 beam splitters, 134 position detectors, 136 Fiber network, 138, 148, 422, 433, 438, 465, 470, 471, 1743, 1753, 1781, 1790 Optical fiber, 140 Electronic components, 142, 172 da Croix beam splitter, 144, 150, 152, 156 optical path, 146 inner aperture, 154 annular aperture, 160 light emitter, 165 collimator, 166 light receiving lens, 168 color camera, 170, 184, 216 mirror, 174 mask, 176 rear mirror 178 central mirror, 180 reflecting surface, 180 central aperture, 182 light receiver, 186 processor, 218 rotating mirror, 420A fiber network, 423 fiber length equalization means (fiber length correction means), 430, 1740, 1750 optical fiber coupler, 435 low transmittance reflector, 436, 457, 463, 1730 optical fiber coupler, 440 low reflection fiber terminator, 462, 1738 low reflection terminator, 468 optical switch, 469 electrical input, 72,476 retroreflector, 472A fiber optic retroreflector, 472B free space retroreflector, 473 coating, 474 collimator, 2602, 2604, 2606 lens element, 2610 motorized adjustable stage, 3302 frequency reference, 3304 synthesizer, 3306 measurement detection 3308 reference detector 3310 measurement mixer 3312 reference mixer 3314 3316 conditioning electronics 3324 prescaler 3400 data processor 3610 gimbal assembly 3620 3720 optics bench assembly 3622 coupling tube 3630 Zenith shaft 3632 Coupling sleeve 3634 Shaft 3650 Main optics assembly 36 4 fastener, 3666 hole, 3740 secondary optics assembly.

Claims (22)

座標測定機器において、
光伝送システムと、
第一の光源と第一の光検出器と第一の電気回路を含む第一の絶対距離計であって、第一の光源は光伝送システムを通じて第一の光をレトロリフレクタターゲットに送るように構成され、第一の光検出器はさらに、第一の光がレトロリフレクタターゲットによって反射されたことに応答して第一の電気信号を生成して、第一の電気信号を第一の電気回路に送信するように構成され、第一の電気回路は、座標測定機器からレトロリフレクタターゲットまでの第一の距離を、少なくとも一部に第一の電気信号に基づいて判断するように構成されるような第一の絶対距離計と、
第二の光源と調節可能焦点調整機構と第二の光検出器と第二の電気回路を含む第二の絶対距離計であって、第二の光源は調節可能焦点調整機構と光伝送システムを通じて第二の光を物体表面へと送るように構成され、第二の光検出器は、物体表面により反射され、光伝送システムを通過した第二の光の一部を受け取るように構成され、第二の光検出器はさらに、物体表面により反射された第二の光の一部を受け取ったことに応答して第二の電気信号を生成し、第二の電気信号を第二の電気回路に送信するように構成され、第二の電気回路は、座標測定機器から物体表面までの第二の距離を、少なくとも一部に第二の電気信号に基づいて判断するように構成されるような第二の絶対距離計と、
光伝送システムと第一の絶対距離計と第二の絶対距離計に動作的に連結された構造と、
構造を第一の軸の周囲で回転させるように構成された第一のモータと、
構造に動作的に連結された第一の角度変換器であって、第一の軸の周囲の第一の回転角度を測定するように構成された第一の角度変換器と、
構造を第二の軸の周囲で回転させるように構成された第二のモータであって、第二の軸が第一の軸に対して実質的に垂直であるような第二のモータと、
構造に動作的に連結された第二の角度変換器であって、第二の軸の周囲の第二の回転角度を測定するように構成された第二の角度変換器と、
位置検出器であって、座標測定機器により発せられ、レトロリフレクタターゲットによって反射された放射の一部を受け取るように構成され、少なくとも一部に放射の一部が位置検出器に当たる位置に基づいて第三の電気信号を生成するように構成された位置検出器と、
プロセッサであって、第一のモードと第二のモードで動作するように構成されたコンピュータ読取可能媒体を有するプロセッサと、
を含み、
第一のモードは、レトロリフレクタターゲットを少なくとも一部に第三の電気信号に基づいて追跡するステップと、レトロリフレクタターゲットの第一の三次元座標を、少なくとも一部に第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットまでの第一の回転角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第二の角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第一の距離に基づいて判断するステップを含み、
第二のモードは、第二の光を物体表面に向けるステップと、物体表面上のある点の第二の三次元座標を、少なくとも一部に物体表面上のその点までの第一の回転角度と物体表面上のその点の第二の回転角度と物体表面上のその点の第二の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、調節可能焦点調整機構を調節するステップをさらに含む
ことを特徴とする座標測定機器。
In coordinate measuring equipment,
An optical transmission system;
A first absolute rangefinder including a first light source, a first photodetector, and a first electrical circuit, wherein the first light source sends the first light to the retroreflector target through an optical transmission system. The first photodetector is further configured to generate a first electrical signal in response to the first light being reflected by the retroreflector target and to convert the first electrical signal to the first electrical circuit. And the first electrical circuit is configured to determine a first distance from the coordinate measuring instrument to the retroreflector target based at least in part on the first electrical signal. The first absolute rangefinder,
A second absolute distance meter including a second light source, an adjustable focus adjustment mechanism, a second photodetector and a second electrical circuit, wherein the second light source is through an adjustable focus adjustment mechanism and an optical transmission system The second light detector is configured to send the second light to the object surface, the second photodetector is configured to receive a portion of the second light reflected by the object surface and passed through the light transmission system; The second photodetector further generates a second electrical signal in response to receiving a portion of the second light reflected by the object surface and passes the second electrical signal to the second electrical circuit. The second electrical circuit is configured to transmit and the second electrical circuit is configured to determine a second distance from the coordinate measuring device to the object surface based at least in part on the second electrical signal. Two absolute distance meters,
A structure operatively coupled to the optical transmission system, the first absolute distance meter, and the second absolute distance meter;
A first motor configured to rotate the structure about a first axis;
A first angle transducer operably coupled to the structure, the first angle transducer configured to measure a first rotation angle about a first axis;
A second motor configured to rotate the structure about a second axis, wherein the second axis is substantially perpendicular to the first axis;
A second angle transducer operably coupled to the structure, wherein the second angle transducer is configured to measure a second rotational angle about the second axis;
A position detector, configured to receive a portion of radiation emitted by a coordinate measuring instrument and reflected by a retroreflector target, and at least partially based on a position where a portion of the radiation strikes the position detector. A position detector configured to generate three electrical signals;
A processor having a computer readable medium configured to operate in a first mode and a second mode;
Including
The first mode tracks the retroreflector target at least in part based on the third electrical signal, and the first three-dimensional coordinates of the retroreflector target at least in part at the retroreflector at the first position. Determining based on a first rotation angle to the target and a second angle of the retroreflector target at the first position and a first distance of the retroreflector target at the first position;
The second mode directs the second light to the object surface, and the second three-dimensional coordinates of a point on the object surface, at least in part, the first rotation angle to that point on the object surface And determining a second rotation angle of the point on the object surface and a second distance of the point on the object surface, and the second mode includes adjusting the adjustable focus adjustment mechanism. Furthermore, the coordinate measuring device characterized by including.
請求項1に記載の座標測定機器において、
光伝送システムは、内側光路と外側光路を有し、外側光路は内側光路と同軸で、内側光路の外側にあり、
第一の光検出器は、レトロリフレクタターゲットにより反射され、光伝送システムの内側光路を通過した第一の光を受け取るように構成され、
第二の光検出器は、物体表面により反射され、光伝送システムの外側光路を通過した第二の光を受け取るように構成される
ことを特徴とする座標測定機器。
In the coordinate measuring instrument according to claim 1,
The optical transmission system has an inner optical path and an outer optical path, the outer optical path is coaxial with the inner optical path and is outside the inner optical path,
The first photodetector is configured to receive the first light reflected by the retroreflector target and passed through the inner optical path of the optical transmission system;
A coordinate measuring instrument, wherein the second photodetector is configured to receive the second light reflected by the object surface and passed through the outer optical path of the light transmission system.
請求項1に記載の座標測定機器において、
構造を一方向に回転させることによって、螺旋状の経路に沿って第二の光を発することを特徴とする座標測定機器。
In the coordinate measuring instrument according to claim 1,
A coordinate measuring instrument that emits second light along a spiral path by rotating the structure in one direction.
請求項1に記載の座標測定機器において、
光伝送システムは、物体表面により反射された第二の光の一部を受け取るように位置付けられた環状開口をさらに含むことを特徴とする座標測定機器。
In the coordinate measuring instrument according to claim 1,
The coordinate measuring instrument further comprises an annular aperture positioned to receive a portion of the second light reflected by the object surface.
請求項4に記載の座標測定機器において、
プロセッサは、第二の絶対距離計が第二の光を発しているときに第一の光を発するように構成されることを特徴とする座標測定機器。
In the coordinate measuring instrument according to claim 4,
The coordinate measuring instrument, wherein the processor is configured to emit the first light when the second absolute distance meter emits the second light.
請求項1に記載の座標測定機器において、
第一の光の波長は約700ナノメートルであることを特徴とする座標測定機器。
In the coordinate measuring instrument according to claim 1,
A coordinate measuring instrument characterized in that the wavelength of the first light is about 700 nanometers.
請求項6に記載の座標測定機器において、
第二の光の波長は約1550ナノメートルであることを特徴とする座標測定機器。
In the coordinate measuring instrument according to claim 6,
A coordinate measuring instrument characterized in that the wavelength of the second light is about 1550 nanometers.
座標測定機器において、
構造と、
構造を第一の軸の周囲で回転させるように構成された第一のモータと、
構造に動作的に連結された第一の角度変換器であって、第一の軸の周囲の第一の回転角度を測定するように構成された第一の角度変換器と、
構造を第二の軸の周囲で回転させるように構成された第二のモータであって、第二の軸が第一の軸に対して実質的に垂直であり、第二の軸の投影が第一の軸の投影とジンバル点で交差するような第二のモータと、
構造に動作的に連結された第二の角度変換器であって、第二の軸の周囲の第二の回転角度を測定するように構成された第二の角度変換器と、
構造に動作的に連結された光伝送システムと、
構造に動作的に連結された第一の絶対距離計であって、第一の光源と第一の光検出器と第一の電気回路を含み、第一の光源は第一の光伝送システムを通じて第一の光を、ジンバル点からレトロリフレクタターゲットまで延びる第一の線の一部に沿って送るように構成され、第一の線は第一の軸に垂直であり、第一の光検出器はレトロリフレクタターゲットにより反射され、光伝送システムを通過した第一の光を受け取るように構成され、第一の光検出器はさらに、第一の光がレトロリフレクタターゲットにより反射されたことに応答して第一の電気信号を生成し、第一の電気信号を第一の電気回路に伝送するように構成され、第一の電気回路は座標測定機器からレトロリフレクタターゲットまでの第一の距離を、少なくとも一部に第一の電気信号に基づいて判断するように構成されるような第一の絶対距離計と、
構造に動作的に連結された第二の絶対距離計であって、第二の光源と調節可能焦点調整機構と第二の光検出器と第二の電気回路を含み、第二の光源は、調節可能焦点調整機構と光伝送システムを通じて第二の光を、ジンバル点から物体表面まで延びる第二の線の一部に沿って送るように構成され、第二の線は第一の軸に垂直であり、第二の線は第一の線とは異なり、第二の光検出器は、物体表面により反射され、光伝送システムを通過した第二の光の一部を受け取るように構成され、第二の光検出器はさらに、物体表面によって反射された第二の光の一部を受け取ったことに応答して第二の電気信号を生成し、第二の電気信号を第二の電気回路に送信するように構成され、第二の電気回路は、座標測定機器から物体表面までの第二の距離を、少なくとも一部に第二の電気信号に基づいて判断するように構成されているような第二の絶対距離計と、
位置検出器であって、座標測定機器によって発せられ、レトロリフレクタターゲットによって反射された放射の一部を受け取るように構成され、第三の電気信号を、少なくとも一部に光放射の一部が位置検出器に当たる位置に基づいて生成するように構成されるような位置検出器と、
プロセッサであって、第一のモードと第二のモードで動作するように構成されたコンピュータ読取可能媒体を有するプロセッサと、
を含み、
第一のモードは、レトロリフレクタターゲットを、少なくとも一部に第三の電気信号に基づいて追跡するステップと、レトロリフレクタターゲットの第一の三次元座標を、少なくとも一部に第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第一の回転角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットまでの第二の回転角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第一の距離に基づいて判断するステップを含み、
第二のモードは、構造を第一の軸の周囲で回転させるステップと、物体表面上の点の第二の三次元座標を、少なくとも一部に物体表面上のその点までの第一の回転角度と物体表面上のその点までの第二の回転角度と物体表面上のその点の第二の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、調節可能焦点調整機構を調節するステップをさらに含む
ことを特徴とする座標測定機器。
In coordinate measuring equipment,
Structure and
A first motor configured to rotate the structure about a first axis;
A first angle transducer operably coupled to the structure, the first angle transducer configured to measure a first rotation angle about a first axis;
A second motor configured to rotate the structure about a second axis, wherein the second axis is substantially perpendicular to the first axis and the projection of the second axis is A second motor that intersects the projection of the first axis at the gimbal point;
A second angle transducer operably coupled to the structure, wherein the second angle transducer is configured to measure a second rotational angle about the second axis;
An optical transmission system operatively coupled to the structure;
A first absolute distance meter operatively coupled to the structure, comprising a first light source, a first photodetector, and a first electrical circuit, wherein the first light source is through a first optical transmission system. Configured to send a first light along a portion of a first line extending from the gimbal point to the retroreflector target, the first line being perpendicular to the first axis and the first photodetector Is configured to receive the first light reflected by the retroreflector target and passed through the optical transmission system, and the first photodetector is further responsive to the first light being reflected by the retroreflector target. Generating a first electrical signal and transmitting the first electrical signal to the first electrical circuit, wherein the first electrical circuit determines a first distance from the coordinate measuring instrument to the retroreflector target, At least partly the first electricity A first absolute distance meter as configured to determine, based on the item,
A second absolute distance meter operatively coupled to the structure, comprising a second light source, an adjustable focus adjustment mechanism, a second photodetector, and a second electrical circuit, wherein the second light source comprises: Configured to send a second light along a portion of a second line extending from the gimbal point to the object surface through an adjustable focus adjustment mechanism and an optical transmission system, the second line being perpendicular to the first axis And the second line is different from the first line, the second photodetector is configured to receive a portion of the second light reflected by the object surface and passed through the light transmission system; The second photodetector further generates a second electrical signal in response to receiving a portion of the second light reflected by the object surface, and converts the second electrical signal to the second electrical circuit. A second electrical circuit configured to transmit a second distance from the coordinate measuring instrument to the object surface, An absolute distance meter second as being configured to determine on the basis of the second electrical signal to a portion of even without,
A position detector, configured to receive a portion of radiation emitted by a coordinate measuring instrument and reflected by a retroreflector target, wherein a third electrical signal is located at least in part with a portion of light radiation. A position detector configured to generate based on a position hitting the detector;
A processor having a computer readable medium configured to operate in a first mode and a second mode;
Including
The first mode includes tracking the retroreflector target based at least in part on the third electrical signal and the first three-dimensional coordinates of the retroreflector target at least in part on the retro at the first position. Determining based on a first rotation angle of the reflector target and a second rotation angle to the retro reflector target at the first position and a first distance of the retro reflector target at the first position;
The second mode involves rotating the structure about a first axis and the second three-dimensional coordinates of the point on the object surface at least partially to the first rotation to that point on the object surface. The second mode adjusts the adjustable focus adjustment mechanism, including determining based on the angle and a second rotation angle to that point on the object surface and a second distance of that point on the object surface The coordinate measuring instrument further comprising a step.
請求項8に記載の座標測定機器において、
第一の線は第一の半径方向に延び、第二の線は第二の半径方向に延びて、それらの間に角度をなし、角度が5度〜180度であることを特徴とする座標測定機器。
The coordinate measuring instrument according to claim 8,
Coordinates characterized in that the first line extends in the first radial direction and the second line extends in the second radial direction, forming an angle between them, the angle being between 5 and 180 degrees measuring equipment.
請求項9に記載の座標測定機器において、
角度が90度であることを特徴とする座標測定機器。
The coordinate measuring instrument according to claim 9,
A coordinate measuring instrument characterized in that the angle is 90 degrees.
請求項8に記載の座標測定機器において、
第一の光の波長は約700ナノメートルであることを特徴とする座標測定機器。
The coordinate measuring instrument according to claim 8,
A coordinate measuring instrument characterized in that the wavelength of the first light is about 700 nanometers.
請求項9に記載の座標測定機器において、
第二の光の波長は約1550ナノメートルであることを特徴とする座標測定機器。
The coordinate measuring instrument according to claim 9,
A coordinate measuring instrument characterized in that the wavelength of the second light is about 1550 nanometers.
請求項8に記載の座標測定機器において、
光伝送システムは、物体表面により反射された第二の光の一部を受け取るように位置付けられた環状開口をさらに含むことを特徴とする座標測定機器。
The coordinate measuring instrument according to claim 8,
The coordinate measuring instrument further comprises an annular aperture positioned to receive a portion of the second light reflected by the object surface.
請求項8に記載の座標測定機器において、
プロセッサは、第二の絶対距離計が第二の光を発しているときに第一の光を発するように構成されることを特徴とする座標測定機器。
The coordinate measuring instrument according to claim 8,
The coordinate measuring instrument, wherein the processor is configured to emit the first light when the second absolute distance meter emits the second light.
座標測定機器において、
光伝送システムと、
第一の光源と第一の光検出器と第一の電気回路を含む第一の絶対距離計であって、第一の光源は、光伝送システムを通じて第一の光をレトロリフレクタターゲットへと送るように構成され、第一の光検出器はレトロリフレクタターゲットによって反射され、光伝送システムを通過した第一の光を受け取るように構成され、第一の光検出器はさらに、第一の光がレトロリフレクタターゲットにより反射されたことに応答して第一の電気信号を生成し、第一の電気信号を第一の電気回路に送信するように構成され、第一の電気回路は、座標測定機器からレトロリフレクタターゲットまでの第一の距離を、少なくとも一部に第一の電気信号に基づいて判断するように構成されているような第一の絶対距離計と、
第二の光源と調節可能焦点調整機構と第二の光検出器と第二の電気回路を含む第二の絶対距離計であって、第二の光源は、調節可能焦点調整機構と光伝送システムを通じて第二の光を物体表面へと送るように構成され、第二の光検出器は、物体表面により反射され、光伝送システムを通過した第二の光の一部を受け取るように構成され、第二の光検出器はさらに、物体表面により反射された第二の光の一部を受け取ったことに応答して第二の電気信号を生成し、第二の電気信号を第二の電気回路に送信するように構成され、第二の電気回路は、座標測定機器から物体表面までの第二の距離を、少なくとも一部に第二の電気信号に基づいて判断するように構成されているような第二の絶対距離計と、
光伝送システムと第一の絶対距離計と第二の絶対距離計に動作的に連結された構造であって、回転するように取り付けられたミラーを含み、ミラーは第一の光と第二の光の光路内に配置されているような構造と、
構造を第一の軸の周囲で回転させるように構成された第一のモータと、
構造に動作的に連結された第一の角度変換器であって、第一の軸の周囲の第一の回転角度を測定するように構成された第一の角度変換器と、
ミラーを第二の軸の周囲で回転させるように構成された第二のモータであって、第二の軸は第一の軸に実質的に垂直であるような第二のモータと、
ミラーに動作的に接続された第二の角度変換器であって、第二の軸の周囲の第二の回転角度を測定するように構成された第二の角度変換器と、
位置検出器であって、座標測定機器により発せられ、レトロリフレクタターゲットにより反射された放射の一部を受け取るように構成され、第三の電気信号を、少なくとも一部に放射の一部が位置検出器に当たる位置に基づいて生成するように構成された位置検出器と、
プロセッサであって、第一のモードと第二のモードで動作するように構成されたコンピュータ読取可能媒体を有するプロセッサと、
を含み、
第一のモードは、レトロリフレクタターゲットを、少なくとも一部に第三の電気信号に基づいて追跡するステップと、レトロリフレクタターゲットの第一の三次元座標を、少なくとも一部に第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットまでの第一の回転角度と第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットまでの第二の回転角度と、第一の位置におけるレトロリフレクタターゲットの第一の距離に基づいて判断するステップを含み、
第二のモードは、構造を第一の軸の周囲で回転させるステップと、物体表面上のある点の第二の三次元座標を、少なくとも一部に物体表面上のその位置までの第一の回転角度と物体表面上のその位置までの第二の回転角度と物体表面上のその点の第二の距離に基づいて判断するステップを含み、第二のモードは、調節可能焦点調整機構を調節するステップをさらに含む
ことを特徴とする座標測定機器。
In coordinate measuring equipment,
An optical transmission system;
A first absolute rangefinder including a first light source, a first photodetector, and a first electrical circuit, wherein the first light source sends first light to a retroreflector target through an optical transmission system. And the first photodetector is configured to receive the first light reflected by the retroreflector target and passed through the optical transmission system, and the first photodetector is further configured to receive the first light. A first electrical signal is generated in response to being reflected by the retroreflector target and is configured to transmit the first electrical signal to the first electrical circuit, the first electrical circuit comprising the coordinate measuring instrument A first absolute distance meter configured to determine a first distance from the retroreflector target to at least in part based on the first electrical signal;
A second absolute rangefinder including a second light source, an adjustable focus adjustment mechanism, a second photodetector, and a second electrical circuit, wherein the second light source comprises an adjustable focus adjustment mechanism and an optical transmission system The second light detector is configured to receive a portion of the second light reflected by the object surface and passed through the light transmission system; The second photodetector further generates a second electrical signal in response to receiving a portion of the second light reflected by the object surface, and converts the second electrical signal to the second electrical circuit. The second electrical circuit is configured to determine a second distance from the coordinate measuring instrument to the object surface based at least in part on the second electrical signal. A second absolute distance meter,
A structure operatively coupled to the optical transmission system, the first absolute rangefinder, and the second absolute rangefinder, comprising a mirror mounted for rotation, the mirror comprising the first light and the second absolute rangefinder A structure that is arranged in the optical path of light,
A first motor configured to rotate the structure about a first axis;
A first angle transducer operably coupled to the structure, the first angle transducer configured to measure a first rotation angle about a first axis;
A second motor configured to rotate the mirror about a second axis, wherein the second axis is substantially perpendicular to the first axis;
A second angle transducer operatively connected to the mirror, the second angle transducer configured to measure a second rotation angle about the second axis;
A position detector, configured to receive a portion of radiation emitted by a coordinate measuring instrument and reflected by a retroreflector target, wherein a third electrical signal is located, at least in part, of the radiation. A position detector configured to generate based on a position hitting the device;
A processor having a computer readable medium configured to operate in a first mode and a second mode;
Including
The first mode includes tracking the retroreflector target based at least in part on the third electrical signal and the first three-dimensional coordinates of the retroreflector target at least in part on the retro at the first position. Determining based on a first rotation angle to the reflector target, a second rotation angle to the retro-reflector target at the first position, and a first distance of the retro-reflector target at the first position;
The second mode involves rotating the structure about a first axis and a second three-dimensional coordinate of a point on the object surface, at least partially to the first position to that position on the object surface. The second mode adjusts the adjustable focus adjustment mechanism, including determining based on the rotation angle and a second rotation angle to that position on the object surface and a second distance of that point on the object surface A coordinate measuring device further comprising the step of:
請求項15に記載の座標測定機器において、
第二のモードにおいて、第一のモータは構造を第一の速度で回転させ第二のモータはミラーを第二の速度で回転させ、第二の速度は第一の速度より速いことを特徴とする座標測定機器。
The coordinate measuring instrument according to claim 15,
In the second mode, the first motor rotates the structure at a first speed, the second motor rotates the mirror at a second speed, and the second speed is faster than the first speed. Coordinate measuring equipment.
請求項16に記載の座標測定機器において、
第二のモードは、構造を第一の軸の周囲で一方向に回転させるステップを含むことを特徴とする座標測定機器。
The coordinate measuring instrument according to claim 16,
The second mode includes a step of rotating the structure in one direction around the first axis.
請求項17に記載の座標測定機器において、
第一の軸の一方向の回転は、螺旋状の経路に沿って第二の光を発することを特徴とする座標測定機器。
The coordinate measuring instrument according to claim 17,
A coordinate measuring instrument characterized in that rotation in one direction of the first axis emits second light along a spiral path.
請求項15に記載の座標測定機器において、
第一の光の波長は約700ナノメートルであることを特徴とする座標測定機器。
The coordinate measuring instrument according to claim 15,
A coordinate measuring instrument characterized in that the wavelength of the first light is about 700 nanometers.
請求項19に記載の座標測定機器において、
第二の光の波長は約1550ナノメートルであることを特徴とする座標測定機器。
The coordinate measuring instrument according to claim 19,
A coordinate measuring instrument characterized in that the wavelength of the second light is about 1550 nanometers.
請求項15に記載の座標測定機器において、
光伝送システムは、物体表面により反射された第二の光の一部を受け取るように位置付けられた環状開口をさらに含むことを特徴とする座標測定機器。
The coordinate measuring instrument according to claim 15,
The coordinate measuring instrument further comprises an annular aperture positioned to receive a portion of the second light reflected by the object surface.
請求項15に記載の座標測定機器において、
プロセッサは、第二の絶対距離計が第二の光を発しているときに第一の光を発するように構成されることを特徴とする座標測定機器。
The coordinate measuring instrument according to claim 15,
The coordinate measuring instrument, wherein the processor is configured to emit the first light when the second absolute distance meter emits the second light.
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