JP3800541B2 - Beam tracking type laser interferometric length measuring device by swinging optical lever using spherical motor and coordinate measuring method using the device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元空間内を移動するレトロリフレクタを追尾しつつ、該レトロリフレクタの座標を計測する光線追尾式レーザ干渉測長器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の三次元空間内を移動するレトロリフレクタを追尾しつつ、該レトロリフレクタの座標を計測する光線追尾式レーザ干渉測長装置としては、例えば、図6に示すような装置がある。この追尾式レーザ干渉測長器は、最終段の反射ミラー610が回転体614、616を介してX軸及びY軸の周りに夫々回転できるように構成されている。これによって移動体に設けられている逆反射体にレーザビームを照射できるようになっている。すなわち、反射ミラー610を支持する回転体614は、回転体616に対して軸受け612、612を介してX軸の周りに回動自在に支持され、回転体616は固定台618に対して軸受け620、620を介してY軸の周りに回動自在に支持されている。
【0003】
そして図示していないレーザ光源から発振されたレーザビームは、偏光ビームスプリッタ622により分割されて、一方のレーザビームはコーナーキューブ624へ入射し、その反射光はビームスプリッタ622を介して検出部626へ入射する。一方、分割された他方のレーザビームはプリズム628によってY軸と同軸上に折り曲げられ、その後回転体616に支持されたプリズム630、632を介してX軸と同軸上に折り曲げられ最終段の反射ミラー610に入射する。従って、反射ミラー610から出射されるレーザビームは、回転体616がY軸の周りに回動すると旋回し、回転体614がX軸の周りに回動すると上下方向に移動するため、回転体614及び616の回動を夫々制御することにより移動体に設けられている逆反射体に向けてレーザビームを出射することができる。移動体に設けられている逆反射体からの反射光は、測定光として、先の反射ミラー610、プリズム632、630、628の順に通過して偏光ビームスプリッタ622を介して検出部626に入射される。検出部626では、コーナーキューブ624によって反射された参照光と、逆反射体から反射された測定光との干渉に基づいて移動体の移動を測定する。
【0004】
しかし、近来、益々装置の高分解能化が要望されてきて、この装置では、現在求められる計測原点の偏心を1μm以下の精度に保持することが困難だった。その理由を図6を模式化した図7を参照して説明すると、1つは反射ミラー610から出射されるレーザビームのレーザ光軸601が或る断面積を持った円筒の仮想的軸線であるので機械的接触が不可能であること、もう1つはX−Yジンバル回転中心線602を、共にレーザ光軸601に合致させる3軸合致が困難であったためである。
【0005】
これを改善したものとしては、特許文献1に開示の「首振り運動光てこによる光線追尾式レーザ干渉測長器がある。この装置は光路中に首振り運動光てこ機構を設け、首振り運動光てこの反射面の中心にレーザ光線を入射して、反射光線を任意の方向へ変化可能にしたもので、図8に示すように、首振り運動光てこ201の構造は、半球202の反射面の偏心精度を0.1〜0.25μm程度に抑えて、要求される計測原点の偏心を1μm以下に保持できるようにしたもので、その構造は、球状接触子204がX移動テーブル210の上面に固定されたV板205のV形面に接触するようになっていて、垂直方向から傾斜した左右2本の引張りバネ207の張力で半球202が三球球面座の3個の鋼球241と、球状接触子204がV形面と同時に加圧接触する構造になっている。
【0006】
図9は、このような首振り運動光てこを用いたレーザ干渉測長器の断面図であり、2点鎖線で示すレーザ光の光軸のように、レトロリフレクタ100からの戻り光は、首振り運動光てこ201の半球202の上面中心220で反射して、平面反射鏡104、直角プリズム105を通過し、ビームスプリッタ106に達する。この戻り光の約1/2はここで反射して四分割受光素子107に入射する。四分割受光素子107は、X移動テーブル110とモータ115、Yテーブル111とモータにより首振り運動光てこ201を駆動して、レーザ光をレトロリフレクタ100の反射中心点101に正確に照射するように調整する方法で、レトロリフレクタ100が静止している時に、各電気出力abcdが全て等しくなるように調整され、レトロリフレクタ100の移動に追尾して(a+c)−(b+d)=0を目標にX軸方向の位置制御を行い、(a+b)−(c+d)=0を目標にY軸制御を行って、レトロリフレクタ100の位置追尾が可能になる。
【0007】
一方、図9中、一点鎖線で囲まれた部分108は、測長用干渉計の構成で、中心109から首振り運動光てこ201の上面中心220までの光路長は一定であるから、中心109からレトロリフレクタ100の中心101までの光路長を計測することにより、レトロリフレクタ100の中心101と、首振り運動光てこ201の上面中心220までの、レトロリフレクタ100の移動距離L2−L0の値をレーザ波長を基準に干渉計測できる。
【0008】
【特許文献1】
特開2002−98510号公報(段落番号[0004]〜[0008]及び[0012]〜[0018]、図1、図3、図8、図9)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、首振り運動光てこ201の半球ミラー202の回転に伴って、下端の球状接触子204が上方へ移動する。従って、球状接触子204とV板205の接触が保たれる範囲内に半球ミラーの回転角が制限されてしまい、光線追尾式レーザ干渉測長装置の光線走査範囲が狭くなってしまうという問題があった。
【0010】
そこで、本発明は、首振り運動光てこの駆動機構に球面モータを用いることによって、半球ミラーの回転角が大きくなった場合においても、半球ミラーの回転角が制限されることがなく、光線追尾式レーザ干渉測長装置の光線走査範囲が拡大できる、球面モータを用いた首振り光線てこによる光線追尾式レーザ干渉測長装置および該装置を用いた座標測定方法を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求事項1記載の発明は、球面モータを用いた首振り運動光てこによる光線追尾式レーザ干渉測長装置に関するもので、干渉測長光学系における物体光の照射方向を変化させる機構に首振り運動光てこを用い、球面モータにより駆動することにより照射角範囲を拡大する首振り機構を備えた球面モータを用いた首振り運動光てこによる光線追尾式レーザ干渉測長装置において、前記球面モータが、チルト軸駆動を円弧型リニアモータで、ツイスト軸駆動を回転型モータで構成した特徴としている。
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の球面モータを用いた首振り運動光てこによる光線追尾式レーザ干渉測長装置において、干渉光学系の戻り光路中に干渉計測用とは別のビームスプリッタを設け、戻り光の一部を四分割受光素子に導き、該受光素子により得られる電機的出力を制御装置への入力として、球面モータの回転角をフィードバック制御することにより首振り運動てこの姿勢を制御し、レトロリフレクタを自動追尾できることを特徴としている。
また、請求項3記載の発明は、上記光線追尾式レーザ干渉測長装置を用いた座標測定方法に関するもので、請求項1記載の球面モータを用いた首振り運動光てこによる光線追尾式レーザ干渉測長装置を1セット使用して、該レーザ干渉測長装置から計測対象であるレトロリフレクタまでの距離データと、球面モータの2軸の角度により計測した前記レーザ干渉測長装置から見たレトロリフレクタの方向データから、前記レトロリフレクタの位置を決定可能とすることを特徴としている。
また、請求項4記載の発明は、上記光線追尾式レーザ干渉測長装置を用いた座標測定方法に関するもので、請求項1記載の球面モータを用いた首振り運動光てこによる光線追尾式レーザ干渉測長装置を4セット使用して、計測対象であるレトロリフレクタの位置を所定回数追尾計測することにより、前記光線追尾式レーザ干渉測長装置の互いの位置関係および前記光線追尾式レーザ干渉測長装置とレトロリレレクタとの距離が測定できない場合にも前記レトロリフレクタの位置を決定可能とすることを特徴としている。
【0012】
この球面モータを用いた首振り光てこによる光線追尾式レーザ干渉測長装置によれば、首振り運動光てこはモータからカップリング、送りネジ、X・Yテーブル、V板、球状接触子など中間の回転伝達機構を必要としないで、光てこの連結棒を直動型の円弧リニアモータのロータに直接固定して回転駆動できるので、球面モータの回転可能な範囲全部に亙って移動することが可能がなり、光線追尾式レーザ干渉測長装置の光線走査範囲が拡大できると共に、機構がシンプルになった分、駆動誤差が減少する。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図1は本発明の実施の形態に係る球面モータを用いた首振り光てこによる光線追尾式レーザ干渉測長器の断面図である。
図2は図1に示す2軸アクチュエータの切欠き斜視図である。
図3は図2に示す2軸アクチュエータの構造説明図である。
図4は図1に示す4分割受光素子の正面図である。
図1において、図1(b)は光線追尾式レーザ干渉測長器の側面断面図で、図1(a)はその上面図である。図中、1は2軸複合の球面モータで構成する2軸アクチュエータである。2は2軸アクチュエータ1の取付け台で、4は首振り光てこ3の半球部で上面にレーザ光をレトロリフレクタへ照射するための反射面を備えている。
【0014】
5は連結棒で2軸アクチュエータ1の回転軸に連結される。6は半球部4が設座される球面座の鋼球である。7はレーザ光の位置合わせ用のミラーである。8は測定用のレーザ光で外部の発振光源から光ファイバーで導入される。9はレーザ干渉計の部分で、10はレーザ干渉計9を取付け2軸アクチュエータ1に設置するレーザ干渉計取付け台である。11はレーザ光8を照射光と測定用の参照光に分離するビームスプリッタで、12は戻り光を方向追尾用の4分割受光素子13へ入射するビームスプリッタである。14はレトロリフレクタから反射した戻り光と参照光の干渉信号を距離測定回路へ取込む光ファイバーである。15は半球部4の反射面の中心点である。16は計測用の偏光板である。
【0015】
図2において、21は球面モータのチルト軸(上下)ロータで歯を有する永久磁石で構成されている。24はチルト軸ロータ21を駆動するチルト軸コイルであり、チルト軸ロータ21とチルト軸コイル24で円弧型のリニアモータを構成している。22はチルト軸の原点位置を検出するチルト軸原点センサである。25はチルト軸モータと同軸の回転型モータで構成するツイスト軸(水平方向)ロータで、26はステータのツイスト軸コイルであり、23はツイスト軸の原点位置を検出するツイスト軸原点センサである。半球4の連結軸5は連結治具27によりチルト軸ロータ21の回転軸に連結されている。28は2軸アクチュエータ1の上板で、29はチルト軸部フレーム部、30はツイスト軸フレーム部、32は配線束を軸回転によって撚れないようにするための軸管構造のスリップリングである。33はレーザー波長の温度補正用の周囲温度検出部である。
【0016】
つぎに動作について説明する。
先ず、2軸アクチュエータ1については、図3に示すように、首振り運動光てこ3の半球部4を支持する連結棒5を、チルト軸ロータ21の回転軸40と、連結治具27により螺止・固定し連結しているので、従来例のような球状接触子とV板や、モータ出力を伝達するX・Yテーブル、送りネジなどによる伝達機構が無い分、回動伝達が直動型でロスが無く正確である。
リニアモータの永久磁石型ロータであるチルト軸ロータ21は、ステータ41に鋲止めされてロータ側の歯列と所定間隔を保持して配置されるチルト軸コイル24によって駆動され、上下方向の円弧回転を行う。
【0017】
一方、ツィスト軸ロータ25と、それを駆動するステータ側のツイスト軸コイル26で構成され、チルト軸モータと同軸上に配置された回転型モータは水平方向へ回転する。この2自由度のモータによって回転軸40はX、Yの球面上の合成運動を行うので、これに連結する半球部4は球面上の駆動が可能になる。この場合の回転角度は、リニアモータのチルト軸ロータ21の移動範囲による。
また、この装置では温度変化による変動を避けるために、図3(b)に示すように、上下のモータ付近に夫々通風孔42、43を設けてモータによる発熱を冷却して温度上昇を抑えている。
【0018】
このような2軸アクチュエータ(球面モータ)1により直接回動される首振り運動光てこによる光線追尾式レーザ干渉測長装置の被計測対象の位置追尾は、先ず、測定用レーザ光8をレトロリフレクタに照射して反射した戻り光は、首振り運動光てこ3の半球部4の反射面の中心15で反射して、位置合わせ用ミラー7でX方向へ折り曲げられビームスプリッタ12へ入射し、この戻り光の約1/2を反射して4分割受光素子13へ入力する。4分割受光素子13は、図4に示すように4つの受光面ABCDで構成されていて、レトロリフレクタが静止している状態の時に、4つの電気出力abcdが等しくなるように、2軸アクチュエータ1により首振り運動光てこ3の向きが調整され中心点15で反射し、レトロリフレクタの中心点でレーザ光が正確に反射している状態を基準として、この状態からレトロリフレクタが移動したら、電気的出力abcdのバランスが崩れるので、2軸アクチュエータ1の各モータの回転角を例えば、電気的出力がX軸方向が(a+c)−(b+d)=0、Y軸方向が(a+b)−(c+d)=0になるように位置制御することによって、電気的出力abcdのバランスを調整して、レトロリフレクタの移動位置を正確に追尾できる。
【0019】
次に、光線追尾式レーザ干渉測長装置のレーザ干渉計による距離測定は、以上のように移動したレトロリフレクタを追尾した状態で、レーザ光8はビームスプリッタ11で参照用レーザ光ビームと照射用レーザ光ビームに分かれ、照射用レーザ光はビームスプリッタ12、ミラー7、首振り運動光てこの反射面15を通ってレトロリフレクタの中心点に照射され、反射した戻り波は首振り運動光てこの反射面15、ミラー7を通過して、ビームスプリッタ12で4分割受光素子13への位置制御用と、測定用に分割され測定用の戻り波はビームスプリッタ11で先の参照波と干渉し、干渉波は測定回路(図示していない)のカウンタでカウントされレーザ光の波長を基準にレトロリフレクタまでの距離が算出される。
【0020】
以上によって移動した被測定対象物のレトロリフレクタまでの距離は算出できたが、方向を特定できないと3次元上の位置を決定できない。
従って、例えば、測定した原点(半球部3の反射中心15)から被測定対象物のレトロリフレクタまでの距離rと、原点から見たレトロリフレクタの水平方向の角度、および垂直方向の角度を、チルト軸原点センサ22、ツイスト軸原点センサ23の検出値から求め、半径rの球面上に極座標表示により、3次元のレトロリフレクタの位置を決定することができる。
【0021】
このようにレーザ干渉測長装置1セットでもレトロリフレクタの3次元位置の測定が可能であるが、更に、精密な高分解能の測定を行うにはレーザ干渉測長装置を3〜4セット使用する方法がある。
図5に示すように、01、02、03の3ケ所に計測ユニット(レーザ干渉測長装置)を設置し、100にはレトロリフレクタを設置する。各計測ユニットからレトロリフレクタ100の中心101までの距離L11、L12、L13を計測する。ここで計測ユニット01、02、03の互いの位置関係を予め計測しておけば、三辺測量(従来の三角測量法ではなく、最近のパラメル・メカニズム方式等に見られるような、3辺の距離より3次元座標を求める方法)の原理により中心位置101の座標を一意に決定することができる
【0022】
しかしながら、計測ユニット01、02、03の互いの位置関係を1μm以下の精度で正確に測定することは非常に困難である。更に、計測ユニットにインクリメンタルなカウンタを用いた場合、レトロリフレクタの移動量のみが測定可能であり、比較による相対的な測定は可能であるが、計測ユニットとレトロリフレクタとの絶対的な距離の測定は不可能である。
但し、以下に説明する自己校正法によれば、絶対距離の測定が可能で、それによって三辺測量の原理によりレトロリフレクタ100の中心101の座標を計測できる。
【0023】
自己校正法では、計測ユニット01、02、03に加えて第4の計測ユニット04を使用する。先ず、レトロリフレクタ100を任意の位置に設置し、任意に移動しながら、4台の計測ユニットで夫々レトロリフレクタ100の測定を行って、それを繰返し計測する。つまり、レトロリフレクタ100をn回移動すれば4×n個の計測値が得られることになる。
この時点で未知数は、先ず、測定点100の3次元座標であり、これは3個の未知数である。測定はn回行われたので、合計3×n個の未知数が存在することになる。また、計測ユニットの位置関係の未知数は6個、レトロリフレクタの初期位置に関する未知数が3個、存在する。従って、未知数の合計は、3×n+6+3個である。
【0024】
一方、計測ユニット01〜04による距離測定値は、4×n個存在するので、方程式3×n+6+3=4×n、を解いて、n=9より9点の測定を行って9個の連立方程式を解けば、これらの未知数は全て数学的に一意に決定できる。以上が自己校正法の原理であり、この方法により、一旦、計測ユニットの位置関係とレトロリフレクタまでの初期距離が決定できれば、その後任意の場所にレトロリフレクタが移動した場合においても、各計測ユニットに装備されたレーザ干渉計の測定値から三辺測量の原理により、レトロリフレクタの位置を決定することができる。なお、未知数の決定のための計算に9点以上の測定点が利用できる場合は、方程式が過拘束の状態になり解くことができないので、その場合は最小二乗法を用いて決定すればよい。
【0025】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、干渉測長光学系における物体光の照射方向を変化させる機構に首振り運動光てこを用いた光線追尾式レーザ干渉測長装置において、球面モータにより駆動することにより照射角範囲を拡大する首振り機構を備えて、戻り光の一部を四分割受光素子に導き、該受光素子により得られる電気的出力を制御装置への入力として、チルト軸を円弧型リニアモータでツイスト軸を回転型モータで構成した球面モータの回転角を制御することにより首振り運動てこの姿勢を制御し、レトロリフレクタを自動追尾できるようにすると共に、球面モータを用いた首振り運動光てこによる光線追尾式レーザ干渉測長装置を4セット使用して、計測対象であるレトロリフレクタの位置を所定回数追尾計測することにより、光線追尾式レーザ干渉測長装置の互いの位置関係および光線追尾式レーザ干渉測長装置とレトロリレレクタとの距離が測定できない場合にもレトロリフレクタの位置を決定できるようにしたので、
光線追尾式レーザ干渉測長装置の光線走査範囲を拡大して、測定範囲を従来に比較して拡大できる効果がある。
また、光線追尾式レーザ干渉測長装置の配置の自由度が増し、計測ユニットを4セット使用する自己校正方式の場合測定精度が配置によって大きな影響を受けるため配置の自由度が増すことにより測定精度が向上するという効果がある。
また、直動型のリニアモータでチルト軸モータを構成したので、X、Yテーブル、ボールネジ、V板、球状接触子などの中間伝達機構を削除して、直接連結棒をロータに固定して駆動することが可能になり、装置が簡単化されて動作誤差が減少し、制御も簡単化できるので、より正確な計測が可能になるという効果がある。
また、工業用ロボットの作業軸端にレトロリフレクタを取付けて、レーザ干渉測長器で追尾させた場合にロボットの位置決め誤差の検出が可能になり、ロボットの位置決め誤差が検出できれば、現在、ロボットの実働現場で行われているプログラム修正作業が不要となり、机上のプログラミング作業で位置決めプログラミング作業を済ますことができるので、大幅な作業時間の節約が可能になる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る球面モータを用いた首振り運動光てこによる光線追尾式レーザ干渉測長装置の断面図である。
【図2】図1に示す2軸アクチュエータの切欠斜視図である。
【図3】図2に示す2軸アクチュエータの構造説明図である。
【図4】図1の4分割受光素子の正面図である。
【図5】図1に示すレーザ干渉測長装置による3辺測量の原理図である。
【図6】従来のレーザ干渉測長器の断面図である。
【図7】図6に示すレーザ干渉測長器の3軸交点の説明図である。
【図8】従来のレーザ干渉測長器に用いた首振り運動光てこの正面図である。
【図9】従来の首振り運動光てこによる光線追尾式レーザ干渉測長器の断面図である。
【符号の説明】
1 2軸アクチュエータ
2 2軸アクチュエータ取付け台
3 首振り運動光てこ
4 半球部
5 連結棒
6 鋼球
7 位置合わせ用ミラー
8 レーザ光
9 レーザ干渉計
10 レーザ干渉計取付け台
11、12 ビームスプリッタ
13 4分割受光素子
14 干渉信号
15 反射中心点
16 偏光板
21 チルト軸ロータ
22 チルト軸原点センサ
23 ツイスト軸原点センサ
24 チルト軸コイル
25 ツイスト軸ロータ
26 ツイスト軸コイル
27 連結治具
28 上板
29 チルト軸部フレーム
30 ツイスト軸部フレーム
32 スリップリング
33 周温センサ
41 ステータ
42、43 通風孔
100 レトロリフレクタ
101 レトロリフレクタ中心[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a beam tracking laser interference length measuring device that measures the coordinates of a retroreflector while tracking the retroreflector moving in a three-dimensional space.
[0002]
[Prior art]
As a conventional beam tracking laser interferometer for measuring the coordinates of a retroreflector while tracking a retroreflector moving in a three-dimensional space, for example, there is an apparatus as shown in FIG. This tracking laser interferometer is configured so that the last-
[0003]
A laser beam oscillated from a laser light source (not shown) is split by the
[0004]
However, in recent years, there has been an increasing demand for higher resolution of the apparatus. With this apparatus, it has been difficult to maintain the eccentricity of the measurement origin that is currently required with an accuracy of 1 μm or less. The reason for this will be described with reference to FIG. 7 which is a schematic diagram of FIG. 6. One is a virtual axis of a cylinder in which the laser
[0005]
As an improvement of this, there is a “light beam tracking laser interferometer using a swing motion optical lever” disclosed in Patent Document 1. This device is provided with a swing motion optical lever mechanism in the optical path, and the swing motion A laser beam is incident on the center of the reflecting surface of the light lever so that the reflected beam can be changed in an arbitrary direction. As shown in FIG. The eccentricity of the surface is suppressed to about 0.1 to 0.25 μm so that the required eccentricity of the measurement origin can be maintained at 1 μm or less. The
[0006]
FIG. 9 is a cross-sectional view of a laser interferometer that uses such a swing motion optical lever. Like the optical axis of the laser beam indicated by a two-dot chain line, the return light from the
[0007]
On the other hand, in FIG. 9, a
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2002-98510 A (paragraph numbers [0004] to [0008] and [0012] to [0018], FIG. 1, FIG. 3, FIG. 8, FIG. 9)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above prior art, the
[0010]
Therefore, the present invention uses a spherical motor for the driving mechanism of the swing motion light lever, and even when the rotation angle of the hemispherical mirror increases, the rotation angle of the hemispherical mirror is not limited, and the beam tracking is performed. It is an object of the present invention to provide a beam tracking laser interference length measuring device using a swinging beam lever using a spherical motor and a coordinate measuring method using the device, which can expand the beam scanning range of the laser interference length measuring device.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 relates to a beam tracking type laser interference length measuring device using a swinging motion light lever using a spherical motor, and the object light irradiation direction in the interference length measuring optical system is determined. A beam tracking type laser interference length measuring device using a swinging motion optical lever using a spherical motor with a swinging mechanism that uses a swinging motion optical lever as the mechanism to change and is driven by a spherical motor to expand the irradiation angle range. The spherical motor is characterized in that the tilt axis drive is an arc-shaped linear motor and the twist axis drive is a rotary motor .
According to a second aspect of the present invention, there is provided a beam tracking type laser interferometric length measuring apparatus using a swinging-motion optical lever using the spherical motor according to the first aspect, wherein the interference optical measurement system is different from that for interference measurement in the return optical path of the interference optical system. A beam splitter is provided, and a part of the return light is guided to the quadrant light-receiving element, and the electrical output obtained by the light-receiving element is used as an input to the control device to feedback control the rotation angle of the spherical motor, thereby swinging motion It is characterized by the ability to control the lever position and automatically track the retro-reflector.
A third aspect of the present invention relates to a coordinate measuring method using the beam tracking type laser interference length measuring apparatus, and a beam tracking type laser interference using a swing motion light lever using the spherical motor according to the first aspect. A retroreflector viewed from the laser interference length measuring device measured by using the distance data from the laser interference length measuring device to the retroreflector to be measured and the angle of the two axes of the spherical motor using one set of length measuring device. The position of the retroreflector can be determined from the direction data .
A fourth aspect of the present invention relates to a coordinate measuring method using the beam tracking type laser interference length measuring apparatus, and a beam tracking type laser interference using a swinging motion optical lever using the spherical motor according to the first aspect. Using four sets of length measuring devices, the position of the retroreflector to be measured is tracked and measured a predetermined number of times, so that the positional relationship between the beam tracking laser interference length measuring devices and the beam tracking laser interference length measurement The position of the retroreflector can be determined even when the distance between the apparatus and the retroredirector cannot be measured .
[0012]
According to the beam tracking type laser interference length measuring device using the swinging optical lever using this spherical motor, the swinging optical lever is moved from the motor to the coupling, feed screw, XY table, V plate, spherical contact, etc. The optical lever connecting rod is directly fixed to the rotor of the linear arc motor and can be driven for rotation without the need for a rotation transmission mechanism. As a result, the beam scanning range of the beam tracking laser interferometer can be expanded, and the driving error is reduced as the mechanism is simplified.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a beam tracking laser interferometer using a swinging optical lever using a spherical motor according to an embodiment of the present invention.
2 is a cutaway perspective view of the biaxial actuator shown in FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram of the structure of the biaxial actuator shown in FIG.
FIG. 4 is a front view of the quadrant light receiving element shown in FIG.
In FIG. 1, FIG. 1 (b) is a side sectional view of a beam tracking type laser interferometer, and FIG. 1 (a) is a top view thereof. In the figure, reference numeral 1 denotes a biaxial actuator composed of a biaxial composite spherical motor.
[0014]
A connecting
[0015]
In FIG. 2,
[0016]
Next, the operation will be described.
First, for the biaxial actuator 1, as shown in FIG. 3, the connecting
A
[0017]
On the other hand, a rotary motor, which is composed of a
Further, in this apparatus, in order to avoid fluctuation due to temperature change, ventilation holes 42 and 43 are provided in the vicinity of the upper and lower motors, respectively, as shown in FIG. Yes.
[0018]
The position tracking of the measurement target of the beam tracking type laser interference length measuring device using the swing motion light lever that is directly rotated by such a biaxial actuator (spherical motor) 1 is performed by first using the retroreflector for the
[0019]
Next, the distance measurement by the laser interferometer of the beam tracking type laser interferometer is performed by tracking the retroreflector moved as described above, and the
[0020]
Although the distance to the retroreflector of the object to be measured moved as described above can be calculated, the three-dimensional position cannot be determined unless the direction can be specified.
Therefore, for example, the distance r from the measured origin (reflection center 15 of the hemispherical part 3) to the retroreflector of the object to be measured, the horizontal angle of the retroreflector viewed from the origin, and the angle in the vertical direction are tilted. The position of the three-dimensional retroreflector can be determined by obtaining the detection values of the
[0021]
Thus, although one set of laser interferometers can measure the three-dimensional position of the retroreflector, a method of using three to four sets of laser interferometers for precise and high-resolution measurement. There is.
As shown in FIG. 5, measurement units (laser interference length measuring devices) are installed at three
However, it is very difficult to accurately measure the positional relationship between the
However, according to the self-calibration method described below, it is possible to measure an absolute distance and thereby measure the coordinates of the
[0023]
In the self-calibration method, the fourth measurement unit 04 is used in addition to the
At this point, the unknown is first a three-dimensional coordinate of the
[0024]
On the other hand, since there are 4 × n distance measurement values by the
[0025]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the beam tracking type laser interference length measuring device using the swing motion light lever as the mechanism for changing the irradiation direction of the object light in the interference length measuring optical system, it is driven by the spherical motor. A tilting mechanism that expands the irradiation angle range by guiding a part of the return light to the quadrant light receiving element, and using the electrical output obtained by the light receiving element as an input to the controller, the tilt axis is circular Controls the posture by swinging the head by controlling the rotation angle of a spherical motor that has a twisted shaft with a rotary motor and a rotary motor. The retroreflector can be automatically tracked, and a neck that uses a spherical motor. By using four sets of beam tracking laser interferometers with a swinging motion lever, the position of the retroreflector that is the object of measurement is tracked and measured a predetermined number of times. The distance between mutual positional relationship and light tracking type laser interferometer device and retro relay selector of the tracking type laser interferometer system has to be able to determine the position of the retroreflector in the case can not be measured,
There is an effect that the beam scanning range of the beam tracking type laser interference length measuring device can be expanded and the measurement range can be expanded as compared with the conventional one.
In addition, the degree of freedom of arrangement of the beam tracking type laser interferometer is increased, and in the case of the self-calibration method using four sets of measurement units, the measurement accuracy is greatly affected by the arrangement, so that the degree of freedom of arrangement increases. Has the effect of improving.
In addition, since the tilt axis motor is composed of a linear motion linear motor, the intermediate transmission mechanism such as the X, Y table, ball screw, V plate, and spherical contactor is deleted, and the direct connecting rod is fixed to the rotor for driving. Since the apparatus can be simplified, the operation error can be reduced, and the control can be simplified, there is an effect that more accurate measurement is possible.
In addition, when a retro reflector is attached to the end of the work axis of an industrial robot and tracking is performed with a laser interferometer, the robot positioning error can be detected. Program correction work performed at the actual work site is not required, and positioning programming work can be completed by desk-top programming work, so that there is an effect that significant work time can be saved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a beam tracking type laser interference length measuring apparatus using a swinging-motion light lever using a spherical motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cutaway perspective view of the biaxial actuator shown in FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram of the structure of the biaxial actuator shown in FIG. 2;
4 is a front view of the quadrant light receiving element of FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a principle diagram of three-side surveying by the laser interference length measuring apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional laser interferometer.
7 is an explanatory diagram of a three-axis intersection of the laser interference length measuring device shown in FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a front view of a swing motion light lever used in a conventional laser interferometer.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a conventional beam tracking laser interferometer using a swinging optical lever.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 2 axis |
Claims (4)
前記球面モータは、チルト軸駆動を円弧型リニアモータで、ツイスト軸駆動を回転型モータで構成したことを特徴とする球面モータを用いた首振り運動光てこによる光線追尾式レーザ干渉測長装置。“Neck using a spherical motor with a swing mechanism that expands the irradiation angle range by using a swinging optical lever as a mechanism to change the irradiation direction of the object light in the interferometric measurement optical system. In the beam tracking type laser interferometer with a swinging motion lever ,
The spherical motor is a beam tracking type laser interference length measuring apparatus using a swinging-motion light lever using a spherical motor, wherein the tilt axis drive is constituted by an arc-shaped linear motor and the twist axis drive is constituted by a rotary motor .
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