JP2017003292A - アライメント測定装置およびアライメント測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】アライメント測定において、測定器位置決めを容易化するとともに、計測を自動化し、操作者のスキルに依存せずにアライメント計測精度を得る。【解決手段】レーザー光が照射されている位置を認識するため検知手段、レトロリフレクターを動かすためのスライド・回転機構を有した捕捉装置4により、キューブミラー1のミラー指向面1aで反射したレーザートラッカー2のレーザー光10を自動的に捕捉する。また、ミラー指向面1aを介した三次元座標と、および同位置のレトロリフレクター3を直接レーザートラッカー2で捕捉して測定した三次元座標を用いて、幾何学的にミラー指向面1aの法線軸角度を求める。【選択図】図1
Description
本発明はアライメント測定装置およびアライメント測定方法に関し、特に人工衛星の搭載機器に対するアライメント測定に関する。
従来、人工衛星の搭載機器に対してアライメント測定を行う場合には、セオドライトを用いた測定装置を使用していた。人工衛星の搭載機器にはキューブミラーが取り付けられており、このキューブミラーに対してコリメーション軸に沿ってセオドライトから照明光を照射することで、キューブミラーを直接コリメーションして法線軸角度を測定していた。
すなわち、従来のアライメント測定では、セオドライトが搭載された望遠鏡を操作者が覗きながら計測作業をし、セオドライトから照射される照射光の十字線と、この照射光がキューブミラーのキューブミラー指向面で反射された反射光の十字線とが重なり合うように、セオドライトからの照射光の角度を確認しながら調整をすることで、セオドライトによるキューブミラー指向面のコリメーションが行われていた。
すなわち、従来のアライメント測定では、セオドライトが搭載された望遠鏡を操作者が覗きながら計測作業をし、セオドライトから照射される照射光の十字線と、この照射光がキューブミラーのキューブミラー指向面で反射された反射光の十字線とが重なり合うように、セオドライトからの照射光の角度を確認しながら調整をすることで、セオドライトによるキューブミラー指向面のコリメーションが行われていた。
なお、セオドライトから照射される照射光がコリメーション軸に一致すると、照射光の十字線と反射光の十字線とが重なり、この照射光の十字線と反射光の十字線とが一致したときのセオドライトの角度を読むことで、基準軸に対するミラー指向面法線軸角度を測定することができる。
従って、アライメント測定装置の操作者は、セオドライトから照射される照射光の十字線と反射光内の十字線とが重なり合うように、望遠鏡を通して、セオドライトを高精度に位置決めし、被測定物のコリメーションを行う必要があった。
従って、アライメント測定装置の操作者は、セオドライトから照射される照射光の十字線と反射光内の十字線とが重なり合うように、望遠鏡を通して、セオドライトを高精度に位置決めし、被測定物のコリメーションを行う必要があった。
ここで、上述したようなアライメント測定装置およびその測定方法を示した従来の技術に、次のようなものがある。
このアライメント方法は、人工衛星の搭載機器に取り付けられたキューブミラー若しくはリファレンスミラーを介して、キューブミラーをセオドライトによってコリメーションするアライメント方法である。
ここで提案されているアライメント測定方法は、まず、ミラー指向面を直接コリメーションできるようセオドライトを位置決めしてコリメーションを実施し、次に、セオドライトからの測定光をミラー指向面に反射し、かつミラー指向面からの反射光をセオドライトに反射するリファレンスミラーを、セオドライトからミラー指向面をコリメーションできる位置に位置決めし、次にそのリファレンスミラーを直接コリメーションできるようセオドライトを位置決めしてコリメーションを実施するというものであった(例えば、特許文献1参照)。
このアライメント方法は、人工衛星の搭載機器に取り付けられたキューブミラー若しくはリファレンスミラーを介して、キューブミラーをセオドライトによってコリメーションするアライメント方法である。
ここで提案されているアライメント測定方法は、まず、ミラー指向面を直接コリメーションできるようセオドライトを位置決めしてコリメーションを実施し、次に、セオドライトからの測定光をミラー指向面に反射し、かつミラー指向面からの反射光をセオドライトに反射するリファレンスミラーを、セオドライトからミラー指向面をコリメーションできる位置に位置決めし、次にそのリファレンスミラーを直接コリメーションできるようセオドライトを位置決めしてコリメーションを実施するというものであった(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、従来の技術は、計測器本体であるセオドライトおよびリファレンスミラーの位置決め方法については考慮されていなかった。そのため、実際のアライメント測定において、セオドライトによる手動コリメーションは、望遠鏡を通して十字線が重なり合うよう位置合わせを行うため時間を要してしまう場合が多く、かつ測定精度は操作者のスキルに大きく依存していた。また、測定時間短縮、素人工化のために位置決め(コリメーション)を自動化するには、重量物であるセオドライトを高精度に位置決めする必要があり、計測器本体が大型化・高コスト化するという課題があった。
本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、セオドライトのような大型でコストが高い装置を用いることなく、より小型でコストが低く位置決めが容易な測定器を用いてアライメント測定装置を構成する。さらに、操作者のスキルに依存しない自動化されたコリメーションが可能となるアライメント測定装置およびアライメント測定方法を得ることを目的とする。
この発明に係わるアライメント測定装置は、人工衛星の基準座標軸に対する人工衛星に搭載する被測定物の取り付け方向の角度ずれを計測するアライメント測定装置であって、上記被測定物から離間して配置され、入射したレーザー光を入射方向に反射させるレトロリフレクター、第一のレーザー光を、上記被測定物の取り付け方向を示すミラー指向面で反射させて、上記レトロリフレクターに照射して上記レトロリフレクターの第一の三次元位置を計測し、第二のレーザー光を、直接的に上記レトロリフレクターに照射して上記レトロリフレクターの第二の三次元位置を測定するレーザートラッカー、上記第一のレーザー光が照射された位置を認識する検知手段、上記レトロリフレクターを、上記検知手段で認識した上記第一のレーザー光が照射された位置に移動させる捕捉装置、上記レーザートラッカーおよび上記捕捉装置の位置を制御し、測定した上記第一、第二の三次元座標から上記ミラー指向面の法線軸を算出するとともに、基準座標軸に対する上記ミラー指向面の法線軸の角度ずれを算出する演算装置を備えたことを特徴とするものである。
この発明に係わるアライメント測定方法は、人工衛星の基準座標軸に対する人工衛星に搭載する被測定物の取り付け方向の角度ずれを計測するアライメント測定方法であって、レーザートラッカーから照射された第一のレーザー光を、上記被測定物の取り付け方向を示すミラー指向面で反射させて、上記被測定物から離間して配置されたレトロリフレクターに照射し、上記レトロリフレクターの第一の三次元位置を計測する第一のステップ、
上記レーザートラッカーから照射された第二のレーザー光を、直接的に上記レトロリフレクターに照射し、上記レトロリフレクターの第二の三次元位置を計測する第二のステップ、上記第一、第二の三次元位置測定結果から上記ミラー指向面の法線軸角度を算出する第三のステップ、基準となるレトロリフレクターを捕捉し、基準座標角度を算出する第四のステップ、基準座標軸に対する上記ミラー指向面の法線軸の角度ずれを算出する第五のステップを含むことを特徴とするものである。
上記レーザートラッカーから照射された第二のレーザー光を、直接的に上記レトロリフレクターに照射し、上記レトロリフレクターの第二の三次元位置を計測する第二のステップ、上記第一、第二の三次元位置測定結果から上記ミラー指向面の法線軸角度を算出する第三のステップ、基準となるレトロリフレクターを捕捉し、基準座標角度を算出する第四のステップ、基準座標軸に対する上記ミラー指向面の法線軸の角度ずれを算出する第五のステップを含むことを特徴とするものである。
この発明のアライメント測定装置は、計測器であるレーザートラッカーが射出し、被測定物のミラー面で反射させたレーザー光を、捕捉装置によって移動可能なレトロリフレクターに照射することによって被測定物の取り付け方向の角度ずれを計測する構成である。
そのため、捕捉装置によるレトロリフレクターの移動範囲内にレーザー光が照射されるようにレーザートラッカー本体と捕捉装置の位置決めを行えばよく、計測器本体の高精度な位置決めは不要である。
また、レーザートラッカーを計測器として用い、アライメント測定装置を構成することで、セオドライトを用いた場合よりも計測器本体を小型化・低コスト化することができる。
さらに、アライメント測定において用いるレーザー光の捕捉を、捕捉装置を用いて自動化して行うことで、測定時間を短縮でき、計測精度が操作者のスキルに依存しない素人工化されたアライメント測定装置を得ることができる。
そのため、捕捉装置によるレトロリフレクターの移動範囲内にレーザー光が照射されるようにレーザートラッカー本体と捕捉装置の位置決めを行えばよく、計測器本体の高精度な位置決めは不要である。
また、レーザートラッカーを計測器として用い、アライメント測定装置を構成することで、セオドライトを用いた場合よりも計測器本体を小型化・低コスト化することができる。
さらに、アライメント測定において用いるレーザー光の捕捉を、捕捉装置を用いて自動化して行うことで、測定時間を短縮でき、計測精度が操作者のスキルに依存しない素人工化されたアライメント測定装置を得ることができる。
この発明のアライメント測定方法は、計測器であるレーザートラッカーが射出し、被測定物のミラー面で反射させたレーザー光を、捕捉装置によって移動可能なレトロリフレクターに照射することによって被測定物の取り付け方向の角度ずれを計測するという手法を用いている。
そのため、捕捉装置によるレトロリフレクターの移動範囲内にレーザー光が照射されるようにレーザートラッカー本体と捕捉装置の位置決めを行えばよく、計測器本体の高精度な位置決めは不要である。
また、レーザートラッカーを計測器として用い、アライメント測定を行うため、セオドライトを用いた場合よりも計測器本体を小型化・低コスト化することができる。
さらに、アライメント測定において用いるレーザー光の捕捉を、捕捉装置を用いて自動化して行うことで、測定時間を短縮でき、計測精度が操作者のスキルに依存しない素人工化されたアライメント測定が可能となる。
そのため、捕捉装置によるレトロリフレクターの移動範囲内にレーザー光が照射されるようにレーザートラッカー本体と捕捉装置の位置決めを行えばよく、計測器本体の高精度な位置決めは不要である。
また、レーザートラッカーを計測器として用い、アライメント測定を行うため、セオドライトを用いた場合よりも計測器本体を小型化・低コスト化することができる。
さらに、アライメント測定において用いるレーザー光の捕捉を、捕捉装置を用いて自動化して行うことで、測定時間を短縮でき、計測精度が操作者のスキルに依存しない素人工化されたアライメント測定が可能となる。
実施の形態1.
以下、図面に基づいて、本発明の各実施の形態を説明する。なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。この発明の実施の形態1におけるアライメント測定装置およびその装置を用いたアライメント測定方法について、図1から図9を参照して説明する。
以下、図面に基づいて、本発明の各実施の形態を説明する。なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。この発明の実施の形態1におけるアライメント測定装置およびその装置を用いたアライメント測定方法について、図1から図9を参照して説明する。
図1は、実施の形態1のアライメント測定装置の構成を示す全体概要斜視図であり、実際にアライメント計測を行う場合の各構成要素の配置の概要を示している。また、図2は、図1のアライメント測定装置の各構成要素の平面配置を示す上視図である。
図1および図2において、例えば人工衛星搭載機器のような被測定物には、アライメント測定に必要となるキューブミラー1が取り付けられている。キューブミラー1は、その機能を満たす方向に対応するミラー指向面1aを有しており、ミラー指向面1aは、被測定物の取り付け方向を示している。
図1および図2において、例えば人工衛星搭載機器のような被測定物には、アライメント測定に必要となるキューブミラー1が取り付けられている。キューブミラー1は、その機能を満たす方向に対応するミラー指向面1aを有しており、ミラー指向面1aは、被測定物の取り付け方向を示している。
キューブミラー1の周囲には、レーザートラッカー2がキューブミラー1から離間して配置されている。このレーザートラッカー2は、ターゲットまでの距離と空間的な角度を測定し、ターゲットの三次元位置を測定することが可能な装置である。そのレーザートラッカー2のターゲットは、キューブミラー1から離間して配置されているレトロリフレクター3である。レトロリフレクター3は、それぞれ直交する3枚の鏡を使用した反射鏡を用いて構成されており、どのような場合でも入射した方向に光を返すことができるという特徴をもっている。
また、キューブミラー1の周囲には、レトロリフレクター3を搭載することができる捕捉装置4が配置されている。捕捉装置4は、レトロリフレクター3の配置を調整する装置であり、主に、2軸方向にスライド可能なスライド機構5、スライドする2軸周りにレトロリフレクター3の中心位置を固定したまま回転させることが可能な回転機構6、レーザー光10またはレーザー光11が照射されている位置を映すためのスクリーン7、スクリーン7上に映し出されたレーザー光10またはレーザー光11の位置を認識するための検知手段であるカメラ8によって構成されている。ここで、カメラ8は、捕捉装置4上に、相互の位置関係が予め校正された上で搭載されているものである。
また、レーザートラッカー2および捕捉装置4を制御し、測定した三次元座標を用いた演算を行う演算装置9が設けられている。
なお、アライメント測定においては、基準レトロリフレクター12を用いて基準座標を得た上で、レトロリフレクター3の三次元位置から角度ずれを算出し、位置決めを行う。
また、レーザートラッカー2および捕捉装置4を制御し、測定した三次元座標を用いた演算を行う演算装置9が設けられている。
なお、アライメント測定においては、基準レトロリフレクター12を用いて基準座標を得た上で、レトロリフレクター3の三次元位置から角度ずれを算出し、位置決めを行う。
ここで、図1および図2では、レーザートラッカー2と捕捉装置4の配置が分かれている場合を例示しているが、アライメント測定の際、ミラーキューブ1の位置によっては、レーザートラッカー2を、捕捉装置4の設置に用いるツーリングバー上に搭載する場合もあり、同じステージ上に、これらの装置を搭載し、一体化させた構成とすることも可能である。
このようなアライメント測定においては、レーザートラッカー2は、レーザー光10(第一のレーザー光)を、ミラー指向面1aで反射させて、ターゲットであるレトロリフレクター3に照射してレトロリフレクター3の三次元位置(第一の三次元位置)を計測し、次に、レーザー光11(第二のレーザー光)を、直接的に中心位置が固定されたレトロリフレクター3に照射してレトロリフレクター3の三次元位置(第二の三次元位置)を測定する。そして、測定した二つの三次元座標から、ミラー指向面1aの法線軸を算出するとともに、基準座標軸に対するミラー指向面1aの法線軸の角度ずれを算出する。
上記のレトロリフレクター3の三次元位置の測定は、レーザートラッカー2から照射されたレーザー光10およびレーザー光11を、このレトロリフレクター3で捕捉(コリメーション)することにより、レーザートラッカー2において自動的に行われる。つまり、コリメーションによって、レーザー光10またはレーザー光11の照射方向とレトロリフレクター3の鏡面の開口方向を重ね合わせると、レーザートラッカー2が自動的に計測を行うものであり、三次元位置の座標データを得るための特別なスキルは必要なく、瞬時に実施することが可能である。
次に、本発明の実施の形態1のアライメント測定装置を用いたアライメント測定方法について説明する。図3は、図1および図2に示したアライメント測定装置を用いて行うアライメント測定方法を示したフロー図である。この図3を用いて、アライメント測定動作について説明する。
ステップ1(S1)では、まず、キューブミラー1にレーザー光10を当てて、捕捉装置4のスクリーン7に反射光が照射されるよう、レーザートラッカー2、捕捉装置4を配置する。つまり、レーザートラッカー2の照射光(レーザー光10)をキューブミラー1のミラー指向面1aに照射し、そのミラー指向面1aからの反射光が捕捉装置4のスクリーン7上に照射されるように、レーザートラッカー2本体、もしくは捕捉装置4の配置を
調整し、計測器の位置決めを行う。
ここで、従来手法では、操作者は、セオドライトの望遠鏡を覗きながらミラー指向面に高精度に正対させる必要があったが、本発明では、捕捉装置4のスクリーン7上にレーザートラッカー2からの照射光を照射する配置に位置決めをすればよく、計測器の位置決め裕度が高いという特徴がある。
ステップ1(S1)では、まず、キューブミラー1にレーザー光10を当てて、捕捉装置4のスクリーン7に反射光が照射されるよう、レーザートラッカー2、捕捉装置4を配置する。つまり、レーザートラッカー2の照射光(レーザー光10)をキューブミラー1のミラー指向面1aに照射し、そのミラー指向面1aからの反射光が捕捉装置4のスクリーン7上に照射されるように、レーザートラッカー2本体、もしくは捕捉装置4の配置を
調整し、計測器の位置決めを行う。
ここで、従来手法では、操作者は、セオドライトの望遠鏡を覗きながらミラー指向面に高精度に正対させる必要があったが、本発明では、捕捉装置4のスクリーン7上にレーザートラッカー2からの照射光を照射する配置に位置決めをすればよく、計測器の位置決め裕度が高いという特徴がある。
ステップ2(S2)では、スクリーン7上のレーザー光位置をカメラ8で確認し、スライド量を演算する。つまり、捕捉装置4のスクリーン7上に照射されているキューブミラー1からの反射光の位置を、捕捉装置4との位置関係が予め校正されて捕捉装置4上に搭載されたカメラ8で認識する。ここで、カメラ8で認識した捕捉装置4のスクリーン7上の反射光の位置情報と、カメラ8と捕捉装置4との位置関係をもとに、捕捉装置4のスライド機構5上に搭載されたレトロリフレクター3を、反射光位置に移動させるためのスライド量を演算する。
このとき、カメラ8は、例えば、レーザートラッカー2から照射される照射光の波長に合わせた感度特性を有した光学素子、もしくは照射光の波長の透過率が高い光学フィルタを搭載したものを用いる。
このとき、カメラ8は、例えば、レーザートラッカー2から照射される照射光の波長に合わせた感度特性を有した光学素子、もしくは照射光の波長の透過率が高い光学フィルタを搭載したものを用いる。
ステップ3(S3)では、上記ステップ2で算出したスライド量をもとに、スライド機構5によりレトロリフレクター3を移動させる。すなわち、キューブミラー1のミラー指向面1aからの反射光が捕捉装置4のスクリーン7上に照射されている位置へ、2軸方向にレトロリフレクター3をスライドさせて配置する。
ステップ4(S4)では、捕捉装置4上に搭載されたレトロリフレクター3を回転させ、レーザー光(反射光)を捕捉する。つまり、スライド機構5およびスライドする2軸まわりに回転可能な回転機構6を用いて、レトロリフレクター3の中心位置を固定したまま回転させて、反射光が入射する方向にレトロリフレクター3の反射方向が重なるように(入射した方向に光が返るように)角度を調節してミラー指向面1aからの反射光を探索し、レトロリフレクター3において反射光を捕捉する。
具体的には、キューブミラー1のミラー指向面1aからの反射光の捕捉方法は、スライド機構5およびスライドする2軸周りの回転機構6を1軸毎に動かしてレトロリフレクター3の角度を変え、反射光を探索し、捕捉してもよく、また、スライド機構5およびスライドする2軸周りの回転機構6を用いてスライド位置を中心とした円を描くように、その走査半径が徐々に大きくなるようにレトロリフレクター3の向きを変えて反射光を探索し、捕捉してもよい。
具体的には、キューブミラー1のミラー指向面1aからの反射光の捕捉方法は、スライド機構5およびスライドする2軸周りの回転機構6を1軸毎に動かしてレトロリフレクター3の角度を変え、反射光を探索し、捕捉してもよく、また、スライド機構5およびスライドする2軸周りの回転機構6を用いてスライド位置を中心とした円を描くように、その走査半径が徐々に大きくなるようにレトロリフレクター3の向きを変えて反射光を探索し、捕捉してもよい。
本ステップ4での捕捉装置4の制御量は、レーザートラッカー2でのレトロリフレクター3の捕捉状態を確認しつつ演算装置9によって算出する。
なお、レトロリフレクター3の角度の調整は、基本的に回転機構6によって行うものとするが、レトロリフレクター3の角度変化に伴ってレトロリフレクター3の中心位置が2軸方向に移動しないよう、スライド機構5による調整が必要となる場合がある。
反射光を入射した方向に返すことができ、レーザートラッカー2でレトロリフレクター3からの反射光を計測できた場合に捕捉が完了し、捕捉装置4のスライド機構5および回転機構6の動作を停止させる。
なお、レトロリフレクター3の角度の調整は、基本的に回転機構6によって行うものとするが、レトロリフレクター3の角度変化に伴ってレトロリフレクター3の中心位置が2軸方向に移動しないよう、スライド機構5による調整が必要となる場合がある。
反射光を入射した方向に返すことができ、レーザートラッカー2でレトロリフレクター3からの反射光を計測できた場合に捕捉が完了し、捕捉装置4のスライド機構5および回転機構6の動作を停止させる。
また、反射光を探索する際、捕捉装置4のスクリーン7は、巻き上げて収納する形態とするか、あるいは、捕捉装置4のスライド機構5の背面に常に存在する形態とすることができ、任意に運用することができる。
また、本ステップ4は、ステップ3のスライド機構5によるレトロリフレクター3の移動のみで反射光を捕捉できれば、スキップしてもよい。
また、本ステップ4は、ステップ3のスライド機構5によるレトロリフレクター3の移動のみで反射光を捕捉できれば、スキップしてもよい。
ステップ5(S5)では、演算装置9によりレーザートラッカー2を制御し、レトロリフレクター3の三次元位置を仮想三次元位置(第一の三次元位置)として測定する。図4は、ステップ5のレトロリフレクター3の三次元位置の測定状況を示すアライメント装置の全体斜視図であり、図5はその上視図である。図4および図5に示すように、レトロリフレクター3の実際の位置は捕捉装置4上であるが、この測定により取得する仮想三次元位置は、キューブミラー1が存在せず、レーザートラッカー2の照射光が直進した位置に仮想的に存在する仮想レトロリフレクター13の位置である。ミラー指向面1aを仮想的に通過し直進するレーザー光を仮想レーザー光10aとして示す。レトロリフレクター3の三次元位置を計測することと、仮想レトロリフレクター13の仮想三次元位置を計測することとは同義である。
ステップ6(S6)では、ステップ5で測定した捕捉装置4上のレトロリフレクター3の位置はそのままで、レトロリフレクター3をレーザートラッカー2の方向に回転させ、レーザートラッカー2で直接捕捉する。
レトロリフレクター3をレーザートラッカー2で直接捕捉するためには、スライドする2軸周りに回転する回転機構6を用いて、レーザートラッカー2が配置されている方向にレトロリフレクター3の鏡面の開口面を回転させる必要があり、演算装置9から捕捉装置4の回転機構6を制御して回転角度を調節しつつ捕捉を行う。このとき、この回転動作の回転中心はレトロリフレクター3の中心位置に固定する必要がある。
レトロリフレクター3をレーザートラッカー2で直接捕捉するためには、スライドする2軸周りに回転する回転機構6を用いて、レーザートラッカー2が配置されている方向にレトロリフレクター3の鏡面の開口面を回転させる必要があり、演算装置9から捕捉装置4の回転機構6を制御して回転角度を調節しつつ捕捉を行う。このとき、この回転動作の回転中心はレトロリフレクター3の中心位置に固定する必要がある。
ステップ7(S7)では、ステップ6でレーザートラッカー2の方向に向けたレトロリフレクター3に対して、レーザートラッカー2からレーザー光11(第二のレーザー光)を直接的に照射し、捕捉する。
ステップ8(S8)では、ステップ7で直接捕捉したレトロリフレクター3の三次元位置(第二の三次元位置)をレーザートラッカー2で測定する。
ここで、図6は、ステップ8のレトロリフレクター3の三次元位置の測定状況を示すアライメント装置の全体斜視図であり、図7はその上視図である。
ステップ8(S8)では、ステップ7で直接捕捉したレトロリフレクター3の三次元位置(第二の三次元位置)をレーザートラッカー2で測定する。
ここで、図6は、ステップ8のレトロリフレクター3の三次元位置の測定状況を示すアライメント装置の全体斜視図であり、図7はその上視図である。
ステップ9(S9)では、ステップ5およびステップ8で測定した三次元位置測定結果(第一、第二の三次元位置)を用いて、ミラー指向面法線軸15の角度を算出する。法線軸15は、仮想レトロリフレクター13からレトロリフレクター3へ向かう仮想ベクトル14と平行となる。この測定状況を図8および図9に示す。図8はステップ9の法線軸角度算出におけるアライメント測定状況を示すアライメント測定装置の全体斜視図であり、図9はその上視図である。
ミラー指向面法線軸15の角度算出方法を以下に説明する。
任意の座標系において、レーザートラッカー2の位置を点O(xo,yo,zo)とし、ステップ5で測定した仮想レトロリフレクター13の三次元座標を点P1(xp1,yp1,zp1)、ステップ8で測定したレトロリフレクター3の三次元座標を点P2(xp2,yp2,zp2)とする。
点Oから点P1へ向かうベクトルをベクトルOP1、点Oから点P2へ向かうベクトルをベクトルOP2とする。また、点P1から点P2へ向かうベクトルをベクトルP1P2(仮想ベクトル14)とする。ミラー指向面法線軸15の角度を示すベクトルP1P2は以下で表わされる。
このベクトルP1P2は、幾何学的関係からミラーキューブ1のミラー指向面1aの法線軸15と並行となる。よって、ベクトルP1P2を導出することで、ミラー指向面1aの法線軸角度を算出することが可能である。ベクトルP1P2を構成するベクトルOP1、ベクトルOP2は、ステップ5、ステップ8で測定した点P1、点P2の三次元座標を使用し、以下式にて算出
することが可能である。
任意の座標系において、レーザートラッカー2の位置を点O(xo,yo,zo)とし、ステップ5で測定した仮想レトロリフレクター13の三次元座標を点P1(xp1,yp1,zp1)、ステップ8で測定したレトロリフレクター3の三次元座標を点P2(xp2,yp2,zp2)とする。
点Oから点P1へ向かうベクトルをベクトルOP1、点Oから点P2へ向かうベクトルをベクトルOP2とする。また、点P1から点P2へ向かうベクトルをベクトルP1P2(仮想ベクトル14)とする。ミラー指向面法線軸15の角度を示すベクトルP1P2は以下で表わされる。
することが可能である。
また、ステップ10(S10)では、基準となるレトロリフレクターを捕捉し、基準座標軸角度を算出する。つまり、衛星座標系のような基準としたい座標軸を構築するため、基準レトロリフレクター12の三次元位置を測定し、演算装置9にて基準座標軸を構築する。
ステップ11(S11)では、ステップ9およびステップ10の算出結果をもとに角度ずれを算出する。つまり、ステップ9で測定したミラー指向面1aの法線軸と、ステップ10で構築した基準座標軸との角度のずれを演算装置9により算出する。
このように、レーザートラッカー2および捕捉装置4で移動可能なレトロリフレクター3を備えたアライメント測定装置を用い、上記のような測定手順でアライメント測定を行うことにより、計測器の小型化・低コスト化が可能であり、また、計測器本体の位置決めの容易化が可能である。そして、レーザー光の捕捉をレーザートラッカー2が自動的に行うことと、捕捉装置4の制御量を自動的に算出することでレトロリフレクター3におけるレーザー光の捕捉を自動化することができ、測定時間を短縮し、アライメント測定装置を素人口化することが可能となる。
実施の形態2.
上述の実施の形態1では、カメラ8を用いてスクリーン7上のレーザー光照射位置を検出していた。この実施の形態2では、レーザー強度測定器16をカメラ8の代わりに用いる場合について、図10および図11を用いて説明する。
図10に、この実施の形態2による捕捉装置4の斜視図を示すように、レーザー光が照射されている位置を認識するための検知手段として、レーザー光の照射強度を計測するレーザー強度測定器16(レーザー光測定器)を設けている。このレーザー強度測定器16は、図10の例では、スライド機構5に固定して捕捉装置4上に配設している。その他の構成については、実施の形態1と同様である。実施の形態1では、スクリーン7の全面を検知範囲とするために、スクリーン7の面から離間した位置にカメラ8の撮像部を保持し、スクリーン7上のどの位置にレーザー光が照射されているかを検出していたが、この実施の形態2では、レーザー強度測定器16を捕捉装置4に、スライド・回転移動可能に保持し、移動させながら照射位置を探索する方式であり、スクリーン7は備える必要がない。なお、レーザー強度測定器16は、センサ部のみを捕捉装置4上に配置し、本体部は捕捉装置4の外部に配置してもよいことは言うまでもない。
上述の実施の形態1では、カメラ8を用いてスクリーン7上のレーザー光照射位置を検出していた。この実施の形態2では、レーザー強度測定器16をカメラ8の代わりに用いる場合について、図10および図11を用いて説明する。
図10に、この実施の形態2による捕捉装置4の斜視図を示すように、レーザー光が照射されている位置を認識するための検知手段として、レーザー光の照射強度を計測するレーザー強度測定器16(レーザー光測定器)を設けている。このレーザー強度測定器16は、図10の例では、スライド機構5に固定して捕捉装置4上に配設している。その他の構成については、実施の形態1と同様である。実施の形態1では、スクリーン7の全面を検知範囲とするために、スクリーン7の面から離間した位置にカメラ8の撮像部を保持し、スクリーン7上のどの位置にレーザー光が照射されているかを検出していたが、この実施の形態2では、レーザー強度測定器16を捕捉装置4に、スライド・回転移動可能に保持し、移動させながら照射位置を探索する方式であり、スクリーン7は備える必要がない。なお、レーザー強度測定器16は、センサ部のみを捕捉装置4上に配置し、本体部は捕捉装置4の外部に配置してもよいことは言うまでもない。
上記構成における、実施の形態2のアライメント測定方法の手順フローチャートを図11に示し、実施の形態1と比較し、実施の形態2の特徴的な部分について説明する。
図11のステップ2(S2)では、レーザー光強度を測定しながら、スライド機構5を動かし、レーザー光位置を探索する。つまり、捕捉装置4に対して照射されているミラー指向面1aからの反射光の位置の探索は、スライド機構5、レーザー強度測定器16を演算装置9で制御して行う。探索可能範囲は、スライド機構5によるレーザー強度測定器16の移動範囲となる。
図11のステップ2(S2)では、レーザー光強度を測定しながら、スライド機構5を動かし、レーザー光位置を探索する。つまり、捕捉装置4に対して照射されているミラー指向面1aからの反射光の位置の探索は、スライド機構5、レーザー強度測定器16を演算装置9で制御して行う。探索可能範囲は、スライド機構5によるレーザー強度測定器16の移動範囲となる。
この反射光位置特定方法の一例を以下に説明する。演算装置9にて捕捉装置4を制御し、スライド機構5の1軸を原点位置に固定(固定軸とする)し、もう1軸(移動軸とする)を原点から最大稼働位置までスライドさせ、その際、レーザー強度測定器16によるレーザー光強度測定を並行して行っていく。レーザー光強度がある閾値を超えるとレーザー強度測定器16の位置をレーザー光照射位置と判断し、探索を終了する。最大稼働位置まで移動軸をスライドさせてもレーザー光照射位置が探索できない場合、固定側軸を、例えば10mm程度移動した後、移動軸を再度原点から最大稼働位置までスライドさせて探索を行う。この手順を繰り返し、探索を完了する。
なお、レーザー強度測定器16によるレーザー光のセンサ領域は、レーザー強度測定器16のセンサ部に集光レンズを搭載することにより拡大することができ、これにより計測時間を短縮することができる。
なお、レーザー強度測定器16によるレーザー光のセンサ領域は、レーザー強度測定器16のセンサ部に集光レンズを搭載することにより拡大することができ、これにより計測時間を短縮することができる。
図11のステップ3(S3)では、レーザー光の反射光位置にレトロリフレクター3を移動する。スライド機構5上に固定されたレーザー強度測定器16とレトロリフレクター3の位置関係は明らかであるため、所定の間隔をスライドさせることでレトロリフレクター3を反射光照射位置に移動させることができる。
この実施の形態2によれば、実施の形態1において必要であったカメラ8の代わりに、レーザー強度測定器16を用いるため、スクリーン7を設置することなくレーザー光照射位置を探索できるという効果がある。
また、この実施の形態2においても実施の形態1の場合と同様に、捕捉装置4上の、レーザー強度測定器16の移動範囲内にレーザートラッカー2からの照射光が照射されるように、計測器を位置決めすればよく、実施の形態1と同様に計測器の位置決めを容易化することができる。
この実施の形態2によれば、実施の形態1において必要であったカメラ8の代わりに、レーザー強度測定器16を用いるため、スクリーン7を設置することなくレーザー光照射位置を探索できるという効果がある。
また、この実施の形態2においても実施の形態1の場合と同様に、捕捉装置4上の、レーザー強度測定器16の移動範囲内にレーザートラッカー2からの照射光が照射されるように、計測器を位置決めすればよく、実施の形態1と同様に計測器の位置決めを容易化することができる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
1 キューブミラー、1a ミラー指向面、2 レーザートラッカー、3 レトロリフレクター、4 捕捉装置、5 スライド機構、6 回転機構、7 スクリーン、8 カメラ、 9 演算装置、10、11 レーザー光、10a 仮想レーザー光、12 基準レトロリフレクター、13 仮想レトロリフレクター、14 仮想ベクトル、15 ミラー指向面法線軸、16 レーザー強度測定器
Claims (11)
- 人工衛星の基準座標軸に対する人工衛星に搭載する被測定物の取り付け方向の角度ずれを計測するアライメント測定装置であって、
上記被測定物から離間して配置され、入射したレーザー光を入射方向に反射させるレトロリフレクター、
第一のレーザー光を、上記被測定物の取り付け方向を示すミラー指向面で反射させて、上記レトロリフレクターに照射して上記レトロリフレクターの第一の三次元位置を計測し、第二のレーザー光を、直接的に上記レトロリフレクターに照射して上記レトロリフレクターの第二の三次元位置を測定するレーザートラッカー、
上記第一のレーザー光が照射された位置を認識する検知手段、
上記レトロリフレクターを、上記検知手段で認識した上記第一のレーザー光が照射された位置に移動させる捕捉装置、
上記レーザートラッカーおよび上記捕捉装置の位置を制御し、測定した上記第一、第二の三次元座標から上記ミラー指向面の法線軸を算出するとともに、基準座標軸に対する上記ミラー指向面の法線軸の角度ずれを算出する演算装置を備えたことを特徴とするアライメント測定装置。 - 上記捕捉装置は、上記レトロリフレクターを搭載し、上記レトロリフレクターを2軸方向にスライドさせて上記第一のレーザー光の照射位置に移動させるスライド機構、スライドする2軸周りに上記レトロリフレクターの中心位置を固定したまま回転させて上記第一のレーザー光の照射方向と上記レトロリフレクターの反射方向を重ね合わせる回転機構を備えたことを特徴とする請求項1記載のアライメント測定装置。
- 上記捕捉装置は、上記第一のレーザー光が照射されるスクリーンを備え、上記スクリーン上において上記検知手段が認識した上記第一のレーザー光の位置に、上記レトロリフレクターを移動させることを特徴とする請求項1または請求項2記載のアライメント測定装置。
- 上記検知手段は、上記スクリーン上に照射された上記第一のレーザー光を捉えるカメラであることを特徴とする請求項3記載のアライメント測定装置。
- 上記検知手段は、上記スクリーン上に照射された上記第一のレーザー光を捉えるセンサ部を備えたレーザー光測定器であることを特徴とする請求項3記載のアライメント測定装置。
- 上記センサ部は、上記捕捉装置のスライド機構によって、上記スクリーン上をスライド移動し、レーザー光強度を測定することを特徴とする請求項5記載のアライメント測定装置。
- 人工衛星の基準座標軸に対する人工衛星に搭載する被測定物の取り付け方向の角度ずれを計測するアライメント測定方法であって、
レーザートラッカーから照射された第一のレーザー光を、上記被測定物の取り付け方向を示すミラー指向面で反射させて、上記被測定物から離間して配置されたレトロリフレクターに照射し、上記レトロリフレクターの第一の三次元位置を計測する第一のステップ、
上記レーザートラッカーから照射された第二のレーザー光を、直接的に上記レトロリフレクターに照射し、上記レトロリフレクターの第二の三次元位置を計測する第二のステップ、
上記第一、第二の三次元位置測定結果から上記ミラー指向面の法線軸角度を算出する第三のステップ、
基準となるレトロリフレクターを捕捉し、基準座標角度を算出する第四のステップ、
基準座標軸に対する上記ミラー指向面の法線軸の角度ずれを算出する第五のステップを含むことを特徴とするアライメント測定方法。 - 上記第一のステップにおいて、上記レーザートラッカーは、上記第一のレーザー光が、上記レトロリフレクターが移動可能となるスクリーン上に照射されるように配置されたことを特徴とする請求項7記載のアライメント測定方法。
- 上記レトロリフレクターの配置を調整する捕捉装置を用いて、上記スクリーン上の上記第一のレーザー光の照射位置に、上記レトロリフレクターをスライド移動させた後、上記レトロリフレクターへの上記第一のレーザー光の入射方向と、上記レトロリフレクターからの上記第一のレーザー光の反射方向が重なるように、上記レトロリフレクターを回転移動させたことを特徴とする請求項8記載のアライメント測定方法。
- 上記スクリーン上の上記第一のレーザー光の照射位置は、上記スクリーンを映すカメラによって撮像された画像から検出されたことを特徴とする請求項8記載のアライメント測定方法。
- 上記スクリーン上の上記第一のレーザー光の照射位置は、上記スクリーン上にセンサ部を備えたレーザー光測定器によって測定されたレーザー光強度測定結果から検出されたことを特徴とする請求項8記載のアライメント測定方法。
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